JPS60216986A - レ−ザによる薄鋼板の溶接法 - Google Patents
レ−ザによる薄鋼板の溶接法Info
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- JPS60216986A JPS60216986A JP59074423A JP7442384A JPS60216986A JP S60216986 A JPS60216986 A JP S60216986A JP 59074423 A JP59074423 A JP 59074423A JP 7442384 A JP7442384 A JP 7442384A JP S60216986 A JPS60216986 A JP S60216986A
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- 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】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。
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］
本発明は薄鋼板の突合せシーム溶接に関するものであり
、特に、レーザビームで突合せ部を溶接するレーザ溶接
法に関する。
、特に、レーザビームで突合せ部を溶接するレーザ溶接
法に関する。
［従来技術］
薄鋼板の連続処理ラインにおいて、先行のストリップと
後行のストリップの端部を接続して連続通板を行なうた
め、各種の溶接法が用いられているが、板厚が薄いもの
については、板の突合せ精度の問題や、溶接速度の点で
満足な溶接法がない現状であり、これに代ってレーザ溶
接法が注目されている。
後行のストリップの端部を接続して連続通板を行なうた
め、各種の溶接法が用いられているが、板厚が薄いもの
については、板の突合せ精度の問題や、溶接速度の点で
満足な溶接法がない現状であり、これに代ってレーザ溶
接法が注目されている。
薄鋼板のレーザ溶接は、例えば特願昭５４−３２１５４
号公報に開示されているように、通常、溶接すべき２端
面を突合せ、端面間中央に真上からレーザビームを照射
する。端面が平滑で互に密着して十分な精度の突合せが
行なわわている場合は、突合せ端面の両側にレーザエネ
ルギーが吸収され、両端面が溶融されて溶接が行なわれ
る。しかし、端面の凹凸や切断等で生じた曲り等で、両
端面間に隙間が生じている場合、集光されたレーザビー
ムは隙間を通過したり、一方の端面のみに吸収され、完
全な溶接が行なえない。
号公報に開示されているように、通常、溶接すべき２端
面を突合せ、端面間中央に真上からレーザビームを照射
する。端面が平滑で互に密着して十分な精度の突合せが
行なわわている場合は、突合せ端面の両側にレーザエネ
ルギーが吸収され、両端面が溶融されて溶接が行なわれ
る。しかし、端面の凹凸や切断等で生じた曲り等で、両
端面間に隙間が生じている場合、集光されたレーザビー
ムは隙間を通過したり、一方の端面のみに吸収され、完
全な溶接が行なえない。
このため、端面加工の精度を高めて、両端面間の隙間を
小さくする方法があるが、特に幅広の鋼板においては、
このための設備コストが極めて大きくなる。
小さくする方法があるが、特に幅広の鋼板においては、
このための設備コストが極めて大きくなる。
又、フィラーワイヤーを使用して溶接線上に置くか、フ
ィードする方法があるが、レーザビームの中心、溶接線
の中心およびワイヤーの中心が一致していないと安定な
溶融が得られず、又、フィラーワイヤーと鋼板間の位置
変動がある場合にはでレーザビームの照射条件を変更し
ないと、安定な溶接が得られない。これらがうまく行か
ないと、フィラーワイヤーそのものの飛散、熱変形を生
じ、不安定溶接が増し、溶接が不可能になることもある
。
ィードする方法があるが、レーザビームの中心、溶接線
の中心およびワイヤーの中心が一致していないと安定な
溶融が得られず、又、フィラーワイヤーと鋼板間の位置
変動がある場合にはでレーザビームの照射条件を変更し
ないと、安定な溶接が得られない。これらがうまく行か
ないと、フィラーワイヤーそのものの飛散、熱変形を生
じ、不安定溶接が増し、溶接が不可能になることもある
。
以上説明したように、従来のレーザによる極薄板の溶接
では、溶接現象の不安定から溶は落ちやハンピングが起
り易く、またコイル突合せやレーザビームのシーム倣い
制御に極めて高い精度が要求されるという問題がある。
では、溶接現象の不安定から溶は落ちやハンピングが起
り易く、またコイル突合せやレーザビームのシーム倣い
制御に極めて高い精度が要求されるという問題がある。
［発明の目的］
本発明は、安定かつ効率よく溶接ワイヤーを用いたシー
ム溶接を行なうレーザ溶接方法を提供することを目的と
する。
ム溶接を行なうレーザ溶接方法を提供することを目的と
する。
［発明の構成９作用］
上記目的を達成するために本発明においては、溶接線上
にフィラーワイヤーを置き、溶接点の上下部を半球状キ
ャビティで遮蔽し、レーザビームを照射し、溶接点から
の反射、放射エネルギーを、キャビティ内面の多重反射
により溶接点に収束させ、溶接面におけるレーザビーム
実効吸収率を高める状態で突合せ間隔が広い場合でも良
好なビード形成が出来るようにするとともに、最初にレ
ーザビームを低パワーで照射して、ワイヤーの表面を溶
融して鋼板に溶着させ、次に本溶接を実施する。
にフィラーワイヤーを置き、溶接点の上下部を半球状キ
ャビティで遮蔽し、レーザビームを照射し、溶接点から
の反射、放射エネルギーを、キャビティ内面の多重反射
により溶接点に収束させ、溶接面におけるレーザビーム
実効吸収率を高める状態で突合せ間隔が広い場合でも良
好なビード形成が出来るようにするとともに、最初にレ
ーザビームを低パワーで照射して、ワイヤーの表面を溶
融して鋼板に溶着させ、次に本溶接を実施する。
以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。
第１ａ図に本発明を一態様で実施する装置構成の概要を
示す。■、１′ は突合せ溶接されるべき薄鋼板、２は
突合せ部、３はフィラーワイヤー、４゜４′ は各々上
部キヤ、ビティおよび下部キャビティ、５はレーザビー
ム導入孔、６，６１は雰囲気ガス入口、７．７′はキャ
ビティ冷却水入口、８゜８′は同出口、ＬＢはレーザビ
ームである。
示す。■、１′ は突合せ溶接されるべき薄鋼板、２は
突合せ部、３はフィラーワイヤー、４゜４′ は各々上
部キヤ、ビティおよび下部キャビティ、５はレーザビー
ム導入孔、６，６１は雰囲気ガス入口、７．７′はキャ
ビティ冷却水入口、８゜８′は同出口、ＬＢはレーザビ
ームである。
なお、キャビティ内面は、たとえば鏡面仕上に金メッキ
が施され、極めて反射率が高い状態になっている。
が施され、極めて反射率が高い状態になっている。
この状態でレーザビームＬＢは、レンズにより集光され
、溶接点２上に照射される。レーザビーム投射部の断面
を示す第１ｂ図を参照すると、溶接面上のスポット径ｄ
は、突合せ許容精度δを考えてそれより大きくなるよう
にし、又、レーザビーム導入孔の大きさを極力小さくす
るように、ビーム焦点位置は、出来るだけ上部キャビテ
ィの極点位置に来るように光学系を設定する。
、溶接点２上に照射される。レーザビーム投射部の断面
を示す第１ｂ図を参照すると、溶接面上のスポット径ｄ
は、突合せ許容精度δを考えてそれより大きくなるよう
にし、又、レーザビーム導入孔の大きさを極力小さくす
るように、ビーム焦点位置は、出来るだけ上部キャビテ
ィの極点位置に来るように光学系を設定する。
溶接はフィラーワイヤー３の表皮溶融による鋼板１の融
着と、本溶融の２段階で実施する。すなわちフィラーワ
イヤー３の溶接線上への固定を初めに実施して、本溶接
でのワイヤーの飛散、又は熱変化による溶接線上からの
ずれを防止する。
着と、本溶融の２段階で実施する。すなわちフィラーワ
イヤー３の溶接線上への固定を初めに実施して、本溶接
でのワイヤーの飛散、又は熱変化による溶接線上からの
ずれを防止する。
レーザビームのパワーはフィラーワイヤーの表皮溶融よ
りわずかにこえるレベルでフィラーワイヤー中央が溶融
するレベルにはしない。なおこの場合、ワイヤーの表面
に光吸収物質をコーティングし表皮溶融効率を高めても
よい。
りわずかにこえるレベルでフィラーワイヤー中央が溶融
するレベルにはしない。なおこの場合、ワイヤーの表面
に光吸収物質をコーティングし表皮溶融効率を高めても
よい。
本溶接においては、レーザパワーは溶接ビード幅ｂ （
＝ｄ） 、板厚ｔ、フィラーワイヤー径ｄｆおよび溶接
速度からきまる溶融部溶融エネルギーＰｍに若干の効率
ηを考慮して設定する。
＝ｄ） 、板厚ｔ、フィラーワイヤー径ｄｆおよび溶接
速度からきまる溶融部溶融エネルギーＰｍに若干の効率
ηを考慮して設定する。
この状態でレーザビームを照射すると、キャビティの多
重反射効果により、溶接点上の実効吸収率ｄｅはほぼｌ
に近い値となる。
重反射効果により、溶接点上の実効吸収率ｄｅはほぼｌ
に近い値となる。
ｄｅ ＝ｃｆ、＋ （１−ｄ） ｃｌ＋ （１−Ｇ（）
” ■＋・・・′ｈ１ また、本溶接での突合せの間隙を通って下部に通過した
ビームエネルギーも、下部キャビティで反射され、さら
に溶融部からの放射エネルギーも同様にキャビティで多
重反射され利用される。このため、ハンピング等の不安
定現象のない安定でかつエネルギー効率の高い溶接が可
能になる。また。
” ■＋・・・′ｈ１ また、本溶接での突合せの間隙を通って下部に通過した
ビームエネルギーも、下部キャビティで反射され、さら
に溶融部からの放射エネルギーも同様にキャビティで多
重反射され利用される。このため、ハンピング等の不安
定現象のない安定でかつエネルギー効率の高い溶接が可
能になる。また。
実効吸収率が高くとれるので、低エネルギー密度状態で
のフィラーワイヤーの表皮溶融が安定に行なえる。この
ようにして、突合せ間隙が広い場合でも、フィラーワイ
ヤーを使用し、安定に余裕のある幅広ビード溶接が行な
える。
のフィラーワイヤーの表皮溶融が安定に行なえる。この
ようにして、突合せ間隙が広い場合でも、フィラーワイ
ヤーを使用し、安定に余裕のある幅広ビード溶接が行な
える。
第２ａ図に、本発明の詳細な説明するための図面を示す
。図面において、９は較正用レーザ（例えばＨｅ −Ｎ
ｅ）であり、１０は上部キャビティ１と対向して置か
れたギャップセンサである。
。図面において、９は較正用レーザ（例えばＨｅ −Ｎ
ｅ）であり、１０は上部キャビティ１と対向して置か
れたギャップセンサである。
通常、較正用レーザ９は、溶接用パワーレーザ１１と同
軸に設置され、パワーレーザ１１の光路調整用として用
いられているが、このレーザビームを上部キャビティ１
とギャップセンサ１０と一緒に溶接シーム上に走行させ
ることによって突合せ面の間隙δと溶接線形状を光学的
に検知し、制御装置１２に記憶する。
軸に設置され、パワーレーザ１１の光路調整用として用
いられているが、このレーザビームを上部キャビティ１
とギャップセンサ１０と一緒に溶接シーム上に走行させ
ることによって突合せ面の間隙δと溶接線形状を光学的
に検知し、制御装置１２に記憶する。
その後、第２ｂ図に示すように、フィラーワイヤーを突
合せ間隙上に、フィラーワイヤー設置固定機２０．２０
’ で設定固定し、低レーザパワーＰＬでワイヤー２を
鋼板１に融着させる。続いて。
合せ間隙上に、フィラーワイヤー設置固定機２０．２０
’ で設定固定し、低レーザパワーＰＬでワイヤー２を
鋼板１に融着させる。続いて。
検知された間隙δの最大値δＩｏａｘを考慮に入れて、
鋼板上のパワーレーザビーム径ｄを設定し、次に溶融ビ
ード幅す、板厚ｔ、溶溶接速度零の溶接条件から、溶接
に必要なレーザパワーＰを設定し、溶接を開始する。
鋼板上のパワーレーザビーム径ｄを設定し、次に溶融ビ
ード幅す、板厚ｔ、溶溶接速度零の溶接条件から、溶接
に必要なレーザパワーＰを設定し、溶接を開始する。
溶接中は前もって検知された溶接線形状に従って上部キ
ャビティ４および下部キャビティ４゛ が位置制御され
る。
ャビティ４および下部キャビティ４゛ が位置制御され
る。
以上のように、キャビティを用いて実効吸収率を１近く
にする事が出来るので、突合せ間隙にフィラーワイヤー
２をあらかじめ安定に鋼板１に融着させてから、安定で
かつエネルギー効率の高い溶接が行なえると共に、必要
なビード幅の広幅溶接が出来るため、突合せ端面の加工
に要する要求精度が緩和され、レーザ溶接に必要な鋼板
切断装置。
にする事が出来るので、突合せ間隙にフィラーワイヤー
２をあらかじめ安定に鋼板１に融着させてから、安定で
かつエネルギー効率の高い溶接が行なえると共に、必要
なビード幅の広幅溶接が出来るため、突合せ端面の加工
に要する要求精度が緩和され、レーザ溶接に必要な鋼板
切断装置。
鋼板押え機構等の附帯設備コストが低減され、またレー
ザパーム倣い制御も容易になり、自動化が可能になる。
ザパーム倣い制御も容易になり、自動化が可能になる。
本発明の方法では、第１ａ図に示すように、キャビティ
上面から雰囲気ガスをキャビティ内に導入出来るように
なっている。このガスは通常の溶接と同様に、シールガ
スとして働く。また本発明の方法では、その特徴から、
プラズマの発生もなく、溶融部も熱伝導型に近い比較的
静かな溶接が可能で、従ってスパッターは極めて少ない
が、鋼板面上の油等の蒸発物がキャビティ内面に付着す
る可能性のある場合、このガスはこれを抑える役目をす
る。
上面から雰囲気ガスをキャビティ内に導入出来るように
なっている。このガスは通常の溶接と同様に、シールガ
スとして働く。また本発明の方法では、その特徴から、
プラズマの発生もなく、溶融部も熱伝導型に近い比較的
静かな溶接が可能で、従ってスパッターは極めて少ない
が、鋼板面上の油等の蒸発物がキャビティ内面に付着す
る可能性のある場合、このガスはこれを抑える役目をす
る。
［実施例］
出力６００ＷのＹＡＧレーザを用い、半径１５ｍｍの金
メツキ銅製、水冷のキャビティを用い、鋼板上ビームス
ポット１ 、５ｍｍの条件で、板厚０．２１の薄板を直
径０．１２ｍｍのフィラーワイヤーを用いて、フィラー
ワイヤー融着はレーザパワー２００Ｗで速度は５ｍ／ｍ
ｉｎで、本溶接はレーザパワー６００Ｗの条件で溶接し
た場合、突合せ間隙が０．１０ｍｍあったにもかかわら
ず極めて安定なシーム溶接が行なわれ、溶接速度は１０
ｍ／ｍｉｎであった。このような溶接速度では、従来法
では未溶接又はハンピングが生じて安定な溶接が不可能
であった。
メツキ銅製、水冷のキャビティを用い、鋼板上ビームス
ポット１ 、５ｍｍの条件で、板厚０．２１の薄板を直
径０．１２ｍｍのフィラーワイヤーを用いて、フィラー
ワイヤー融着はレーザパワー２００Ｗで速度は５ｍ／ｍ
ｉｎで、本溶接はレーザパワー６００Ｗの条件で溶接し
た場合、突合せ間隙が０．１０ｍｍあったにもかかわら
ず極めて安定なシーム溶接が行なわれ、溶接速度は１０
ｍ／ｍｉｎであった。このような溶接速度では、従来法
では未溶接又はハンピングが生じて安定な溶接が不可能
であった。
［発明の効果］
以上説明したように本発明においては、レーザビームを
大きくした状態でフィラーワイヤーの鋼板への融着がで
きるので、突合せ間隙が広い場合でも、効率よく安定し
たシーム溶接を行なうこと・−ができるので、鋼板の突
合せ面の加工精度が緩和され、従って鋼板切断装置、鋼
板押え機構等の附帯設備コストの低減を図ることができ
、また、レーザビーム倣い制御も容易になるので自動化
が容易である等、その効果は多大である。
大きくした状態でフィラーワイヤーの鋼板への融着がで
きるので、突合せ間隙が広い場合でも、効率よく安定し
たシーム溶接を行なうこと・−ができるので、鋼板の突
合せ面の加工精度が緩和され、従って鋼板切断装置、鋼
板押え機構等の附帯設備コストの低減を図ることができ
、また、レーザビーム倣い制御も容易になるので自動化
が容易である等、その効果は多大である。
第１ａ図は本発明を一態様で実施する装置構成の概略を
示す断面図、第１ｂ図はレーザ照射部のみを示す断面図
である。 第２ａ図は本発明の一実施態様での突合せ間隙および溶
接線測定装置構成を示すブロック図、第２ｂ図はフィラ
ーワイヤー装置固定機の説明図である。 １、ｌ’ ：薄鋼板 ２：突合せ部 ３：フィラーツイヤ−４：上部キャビティ４′ ＝下部
キャビティ ５：レーザビーム導入口６．６’：雰囲気
ガス入口 ア、７’：キャビティ冷却入口 ８．８’：キャビティ冷却出口 ｄ：パワーレーザビーム径 ９：較正用レーザ ｌＯ＝ギャップセンサ１１：溶接用
パワーレーザ １２：制御装置 ２０．２０’ ：フィラーワイヤー設置固定機ＬＢ：レ
ーザビーム
示す断面図、第１ｂ図はレーザ照射部のみを示す断面図
である。 第２ａ図は本発明の一実施態様での突合せ間隙および溶
接線測定装置構成を示すブロック図、第２ｂ図はフィラ
ーワイヤー装置固定機の説明図である。 １、ｌ’ ：薄鋼板 ２：突合せ部 ３：フィラーツイヤ−４：上部キャビティ４′ ＝下部
キャビティ ５：レーザビーム導入口６．６’：雰囲気
ガス入口 ア、７’：キャビティ冷却入口 ８．８’：キャビティ冷却出口 ｄ：パワーレーザビーム径 ９：較正用レーザ ｌＯ＝ギャップセンサ１１：溶接用
パワーレーザ １２：制御装置 ２０．２０’ ：フィラーワイヤー設置固定機ＬＢ：レ
ーザビーム
Claims (2)
- （１）溶接線上に溶接ワイヤーを設置し、上下部を半球
状キャビティで遮蔽し溶接線にレーザビームを照射し、
溶接点からの反射、放射エネルギーをキャビティ内面の
多重反射により溶接点に収束させる溶接において。 最初にレーザビームを低パワーで照射してワイヤーの表
面を溶融し鋼板に溶着させ、次に高パワーで本溶接を実
施することを特徴とするレーザによる薄鋼板の溶接法。 - （２）溶接後、低密度エネルギーで熱処理を行う特許請
求の範囲第（１）項記載のレーザによる薄鋼板の溶接法
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59074423A JPS60216986A (ja) | 1984-04-13 | 1984-04-13 | レ−ザによる薄鋼板の溶接法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59074423A JPS60216986A (ja) | 1984-04-13 | 1984-04-13 | レ−ザによる薄鋼板の溶接法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60216986A true JPS60216986A (ja) | 1985-10-30 |
| JPH0424158B2 JPH0424158B2 (ja) | 1992-04-24 |
Family
ID=13546775
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59074423A Granted JPS60216986A (ja) | 1984-04-13 | 1984-04-13 | レ−ザによる薄鋼板の溶接法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60216986A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7365285B2 (en) * | 2003-05-26 | 2008-04-29 | Fujifilm Corporation | Laser annealing method and apparatus |
| JP2014036995A (ja) * | 2012-08-20 | 2014-02-27 | Toshiba Corp | 溶接システムおよび溶接方法 |
| GB2519524A (en) * | 2013-10-22 | 2015-04-29 | Advanced laser technology ltd | Reflective dome |
| DE102022109123A1 (de) | 2022-04-13 | 2023-10-19 | Tox Pressotechnik Gmbh & Co. Kg | Fügevorrichtung |
-
1984
- 1984-04-13 JP JP59074423A patent/JPS60216986A/ja active Granted
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7365285B2 (en) * | 2003-05-26 | 2008-04-29 | Fujifilm Corporation | Laser annealing method and apparatus |
| JP2014036995A (ja) * | 2012-08-20 | 2014-02-27 | Toshiba Corp | 溶接システムおよび溶接方法 |
| WO2014030325A1 (ja) * | 2012-08-20 | 2014-02-27 | 株式会社 東芝 | 溶接システムおよび溶接方法 |
| GB2519524A (en) * | 2013-10-22 | 2015-04-29 | Advanced laser technology ltd | Reflective dome |
| DE102022109123A1 (de) | 2022-04-13 | 2023-10-19 | Tox Pressotechnik Gmbh & Co. Kg | Fügevorrichtung |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0424158B2 (ja) | 1992-04-24 |
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