JPS6119353B2 - - Google Patents

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JPS6119353B2
JPS6119353B2 JP57034238A JP3423882A JPS6119353B2 JP S6119353 B2 JPS6119353 B2 JP S6119353B2 JP 57034238 A JP57034238 A JP 57034238A JP 3423882 A JP3423882 A JP 3423882A JP S6119353 B2 JPS6119353 B2 JP S6119353B2
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JP
Japan
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welding
silicon steel
grain
laser beam
oriented silicon
Prior art date
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Expired
Application number
JP57034238A
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English (en)
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JPS58151984A (ja
Inventor
Hiromichi Ono
Hiroshi Tajika
Hiroaki Sasaki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Kawasaki Steel Corp filed Critical Kawasaki Steel Corp
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Publication of JPS58151984A publication Critical patent/JPS58151984A/ja
Publication of JPS6119353B2 publication Critical patent/JPS6119353B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20Bonding
    • B23K26/21Bonding by welding
    • B23K26/24Seam welding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/16Bands or sheets of indefinite length
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/02Iron or ferrous alloys
    • B23K2103/04Steel or steel alloys

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は方向性珪素鋼帯のレーザビームによる
突合わせ溶接方法に係り、詳しくは、製品板たる
薄い方向性珪素鋼帯を、溶接部の機械的強度が母
材並に優れ、ビードが余り盛り上らず、ビード端
部に溶け落ちが無く、溶接できるレーザビームを
用いた突合わせ溶接方法に係る。 従来から、珪素鋼帯の溶接には、MIGやTIG溶
接が用いられているが、MIGやTIG溶接では、溶
接ビードの形状が広くなると共に、ビードそのも
のが盛り上がり、溶接部の機械的強度が母材より
弱くなり、溶接ビードの両端部で溶け落ちが発生
し易く、溶接部の品質が劣化するという問題があ
る。このような問題が生じるのは、MIGやTIG溶
接のアークはエネルギー密度が低いことから、溶
接速度が遅く、結果的には入熱量がきわめて大き
くなるからである。このため、珪素鋼帯、とく
に、板厚0.20〜0.35mmの如き薄物の方向性珪素鋼
帯にこれら溶接を適用すると、薄である故に、熱
伝導による熱拡散が制限されるため、熱がたまり
易く、上記の問題が起きり易い。 すなわち、入熱量が多く、溶融金属の量が多
く、溶融時間が長いと、溶接部に種々の現象が生
じる。 例えば、まず、溶融金属が後へ押戻され、ビー
ドが盛り上がる。 次に、溶融金属は表面張力によつて板巾中央部
に引寄せられ、溶接ビードの両端部で溶け玉や溶
け落ちが発生する。 次に、入熱量が大きいと、熱影響部の結晶粒の
粗大化を招き、機械的強度(特に曲げ強度)が劣
化する。 そこで、溶け落ち対策として、TIG溶接でもク
レーター処理と称して端部の溶接電流を低くする
とともに、電流にスロープをつけて、溶接金属量
を制御することが行なわれている。しかし、珪素
鋼帯、なかでも、方向性珪素鋼帯は表面に絶縁皮
膜が施されているため、溶接スタート時のアーク
発生が困難であり、アークが不安定となり、電流
を所定値以下に下げることができず、どうしても
上記のような問題が発生する。 これに対し、レーザビームが高エネルギー密度
の熱源であることに着目し、それを溶接に用いる
と、単位入熱当りの溶込み深さが大きくなるた
め、低入熱、高速度溶接が実現でき、溶接部の熱
応力による変形や、熱影響部の結晶粒が防止でき
る。この点から、特開昭56−19994号に記載され
る如く、珪素鋼帯をレーザ溶接する方法が提案さ
れている。 しかし、この溶接法はその後の処理の連続化の
ために板厚2.0mm程度の珪素鋼の熱延鋼帯を溶接
により接合するものであつて、この溶接法によつ
て製品板たる薄い方向性珪素鋼帯を溶接すること
はできない。 すなわち、レーザ溶接は光線たるレーザビーム
を利用して溶融溶接する方法であるから、その溶
接部の品質等は被溶接物の物性や構造に支配たれ
る。従つて、方向性珪素鋼帯は、珪素鋼のうちで
も、熱延鋼帯と相違して、製品板である故に、板
厚が0.20〜0.35mmの如くきわめて薄く、しかも、
表面には絶縁性皮膜を具えるためこの構造的特性
に左右されてレーザ溶接が実施できないのが現象
である。換言すると、、レーザ溶接ではその溶接
速度、被溶接物の表面の反射率、ビームモード、
焦点位置等によつて溶接部の品質が左右され、と
くに、製品板たる高級品質の方向性珪素鋼帯の溶
接にはこれらの条件を適正に制御して溶接するこ
とが必要になるが、このようなレーザ溶接法は現
在のところ未だ提案も実施もされていない。 そこで、本発明者等はより優れた溶接部品質を
得るために、レーザ溶接の適正条件を研究して、
板厚0.20〜0.35mmの方向性珪素鋼帯に適合するレ
ーザ突合わせ溶接方法を確立した。 本発明は上記のところに沿つて成立したもの
で、その特徴とするところは、方向性珪素鋼帯を
突合わせ、この開先の裏面からフラツト若しくは
溝付きのバツクバーを当て、エネルギー密度2.5
×105W/cm2以上、溶接入熱を300ジユール/cm以
下、レーザビームの焦点位置5mm以下、溶接速度
2m/分以上の条件に制御して溶接するところに
ある。 以下、本発明方法について説明する。 まず、製品板たる方向性珪素鋼帯の溶接部に要
求される品質を示すと、次の通りである。 (1) ビードの溶け込みが裏面まで充分に達してい
ること。 (2) ビード幅ができるだけ狭いこと。 (3) 溶接速度ができるだけ速いこと。 (4) 溶接端部に溶け落ちがなく、また裏面も溶融
していること。 (5) 外観形状及び機械的性質が優れていること。 そこで、これらの品質を有する溶接部が得られ
る溶接条件について研究したところ、次の通りで
あつた。 すなわち、製品板たる方向性珪素鋼帯は熱延鋼
帯と相違にその表面には種々の目的で絶縁皮膜が
施されたり、細かく凹凸がつけられている。 これに対し、レーザビームは光の一種であるか
ら、被溶接物の表面状態によつてレーザビームが
吸収、反射される場合の度合が異なり、このた
め、溶け込み深さが変つて来る。 このところから、第1表に示す方向性珪素鋼帯
を供試材としてレーザビームを用いて突合わせ溶
接し、その溶接部の品質とそれに影響を与える因
子との関係を求めたところ、第2図,第3図なら
びに第4図に示す通りであつた。 なお、第1図はレーザビームの焦点位置fの説
明図であつて、第1図において1a,1bは被溶
接材、2は集光レンズ、dは焦点距離を示す。
【表】 まず、第2図(出力1kw一定の場合)に示す如
く、溶け込み深さはレーザビームの焦点位置fな
らびに溶接速度に関係し、とくに単位面積当りの
入熱で異なつてくる。また、第2図からある程度
の溶接速度を確保しながら、板厚に見合つた溶け
込み深さを得るには、焦点位置fに上限があるこ
とがわかる。 次に、第3図(出力1kw一定の場合)に示す如
く、ビード巾も焦点位置fと溶接速度(つまり、
入熱)とで変化する。 次に、上記の如く出力一定の場合においては焦
点位置fはレーザビームの太さ、つまり、熱エネ
ルギー密度を示すことになり、これが第4図に示
す如く突き合わせ精度(つまり、ギヤツプ)なら
びに溶接速度を規制する。 これらの現象を考慮かつ検討して、溶接部に要
求される品質を満足する溶接条件を求めると、第
2表に示す通りであつた。なお、この場合にはフ
ラツトなバツクバー若しくは溝付きバツクバーの
何れのものでも裏から当てて溶接すれば十分であ
る。
【表】 すなわち、方向性珪素鋼帯は表面に比較的厚い
絶縁皮膜を有し、しかも、その皮膜はリン酸系が
中心であつて、レーザ光の吸収性が良い。また、
板厚も通常0.35mm以下ということで無方向性珪素
鋼帯に比べると、溶接がし易い。しかしながら、
方向性珪素鋼帯の場合、焦点位置fが長くなり、
5mmをこえると第2図から明らかな通り、エネル
ギー密度が低下して溶接速度が2m/分以下と遅
くなり、作業能率が悪くなるばかりでなく、溶接
入熱が増大する。その結果として、溶接部の機械
的性質が劣化するとともに、熱歪みも大きくな
り、焦点位置fは5mmをこえず、かつ溶接速度が
2m/分以上が好ましい。また、第3図に示す如
く、焦点位置fが5mmをこえると、ビード巾も広
くなり、レーザ溶接特有の美麗なビードではなく
なつている。 また、エネルギー密度は2.5×105w/cm2以上必
要である。この理由は、それ以下であると溶け込
みが不足し、溶接速度が小さくなつて、かえつて
入熱量が大きくなり、熱影響部の結晶粒の粗大化
を招き、機械的強度を下げる結果になるからであ
る。 また、溶接入熱をこれより大きくすると、溶接
部の機械的性質が劣化すると共に、熱歪みも大き
くなるからである。 なお、クレーター処理は鋼板の両端溶接部にお
いて傾斜状にエネルギー密度を漸減して入熱を小
さくすれば十分である。また、エネルギー密度の
上限は、第2図のf=1mmの実験値から3.2×106
(W/cm2)とする。この値を越えると穴あきが発
生する。 また、上記対策として溶接速度をあげることも
考えられるが、スピードUPすると溶け込み不足
となり、溶接すべき先後端ストリツプの間にブリ
ツジがかからず隙間が発生する。そのため、溶接
速度を9m/分以下とする。 次に、実施例について説明する。 まず、本発明方法によつて、第3表に示す条件
で板厚0.20,0.30,0.35mmの各方向性珪素鋼帯
(Si 3.0%)をレーザビームにより突合わせ溶接
を行なつた。この際、比較のために従来例のTIG
溶接を行ない、その結果を示すと第3表の通りで
あつた。第3表の結果から従来のTIG溶接より
も、本発明方法によると、優れた機械的性質が得
られ、更に、外観形状も改善された溶接部とな
り、珪素鋼帯の製品溶接に要求される品質を満足
するものとなつた。 以上詳しく説明した通り、本発明方法によつ
て、レーザビームを用いた方向性珪素鋼帯の突合
わせ溶接すると、その溶接部品質は適正な溶接条
件で溶接されているため、従来例のTIG溶接のそ
れよりも優れた外観形状及び機械的性質をもつた
ものになる。 従つて、レーザ溶接部は電気メーカーでの鉄芯
加工、即ち、剪断、打ち抜き、曲げ、引張り等の
加工に耐えるばかりでなく、外観形状が母材並で
あるので、その部分のごく僅かな磁気特性劣化を
無視し、そのまま鉄芯に使用でき加工作業の能率
向上、歩留向上につながる。
【表】
【表】 【図面の簡単な説明】
第1図はレーザビームの焦点位置の説明図、第
2図は焦点位置、溶接速度ならびに溶け込み深さ
の関係を示すグラフ、第3図は焦点位置、溶接速
度ならびにビード幅の関係を示すグラフ、第4図
は焦点位置、溶接速度ならびに許容ギヤツプ値の
関係を示すグラフである。 1a,1b……被溶接材、2……集光レンズ、
d……焦点距離。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 板厚0.20〜0.35mmで表面に絶縁性皮膜を具え
    る方向性珪素鋼帯を突合わせ、この開先の裏面か
    らフラツト若しくは溝付きのバツクバーを当て、
    エネルギー密度が2.5×105〜3.2×106W/cm2、溶
    接入熱が300ジユール/cm以下、レーザビームの
    焦点と前記方向性珪素鋼帯表面との間の距離が5
    mm以下、溶接速度が2〜9m/分で、レーザビー
    ムを照射して、溶接することを特徴とする方向性
    珪素鋼帯のレーザビームによる突合わせ溶接方
    法。
JP57034238A 1982-03-04 1982-03-04 方向性珪素鋼帯のレ−ザビ−ムによる突合せ溶接方法 Granted JPS58151984A (ja)

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JP57034238A JPS58151984A (ja) 1982-03-04 1982-03-04 方向性珪素鋼帯のレ−ザビ−ムによる突合せ溶接方法

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JPS58151984A JPS58151984A (ja) 1983-09-09
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102079014B (zh) * 2010-12-23 2014-03-12 清华大学 一种压铸镁合金低气孔率熔化焊接方法
CN105063312A (zh) * 2015-08-17 2015-11-18 华南师范大学 热稳取向硅钢制造方法

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JPS58151984A (ja) 1983-09-09

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