JPS61232079A - レ−ザ溶接方法 - Google Patents
レ−ザ溶接方法Info
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- JPS61232079A JPS61232079A JP60073571A JP7357185A JPS61232079A JP S61232079 A JPS61232079 A JP S61232079A JP 60073571 A JP60073571 A JP 60073571A JP 7357185 A JP7357185 A JP 7357185A JP S61232079 A JPS61232079 A JP S61232079A
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- JP
- Japan
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- arc
- welding
- laser beam
- laser
- bead
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-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- 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
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/346—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in combination with welding or cutting covered by groups B23K5/00 - B23K25/00, e.g. in combination with resistance welding
- B23K26/348—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in combination with welding or cutting covered by groups B23K5/00 - B23K25/00, e.g. in combination with resistance welding in combination with arc heating, e.g. TIG [tungsten inert gas], MIG [metal inert gas] or plasma welding
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
- Arc Welding In General (AREA)
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〕
本発明はレーザ溶接法の改良に関する。
金属材等の溶接方式としてレーザ溶接法が知られている
。
。
レーザビームはレンズで集光することにより10”〜1
0’w/の2の高エネルギー密度を得ることができ、こ
のエネルギー密度は従来のアーク溶接熱源の108〜1
0’ 倍にも達する。このためレーザ溶接は、■高速溶
接が可能である、■溶接熱変形が小さい、■基本的には
溶加材が不要である等の特徴を有し、高能率、省資源溶
接法として最近脚光を浴びている。
0’w/の2の高エネルギー密度を得ることができ、こ
のエネルギー密度は従来のアーク溶接熱源の108〜1
0’ 倍にも達する。このためレーザ溶接は、■高速溶
接が可能である、■溶接熱変形が小さい、■基本的には
溶加材が不要である等の特徴を有し、高能率、省資源溶
接法として最近脚光を浴びている。
レーザビームによって形成されるビードは第5図に示す
ようにワインカップ形状を呈しており、裏側に近い程ピ
ード幅が狭いのが特徴である。すなわち上部溶融部(7
a)はプラズマからの熱伝達も加わって広いビード幅が
得られるが、下部溶融部(7b)の領域のビード幅はほ
ぼレーザビームの穿孔幅によって決定され、レーザビー
ムは非常iこ細く絞られていることから溶融部(7b)
の領域のビード幅は必然的lこ狭くなる。だが、このよ
うに裏面側で幅狭のビードしか得られないということは
、レーザの実用化に際して極めて厳しい開先形状の管理
及びレーザビームのねらい位置精度が要求されることに
なる。この要求を満足するEこは、レーザ溶接周辺設備
に対し多大なる投資を強いることになり、結果的に前述
したようなレーザ溶接の利点を打ち消すことにもなりか
ねない。
ようにワインカップ形状を呈しており、裏側に近い程ピ
ード幅が狭いのが特徴である。すなわち上部溶融部(7
a)はプラズマからの熱伝達も加わって広いビード幅が
得られるが、下部溶融部(7b)の領域のビード幅はほ
ぼレーザビームの穿孔幅によって決定され、レーザビー
ムは非常iこ細く絞られていることから溶融部(7b)
の領域のビード幅は必然的lこ狭くなる。だが、このよ
うに裏面側で幅狭のビードしか得られないということは
、レーザの実用化に際して極めて厳しい開先形状の管理
及びレーザビームのねらい位置精度が要求されることに
なる。この要求を満足するEこは、レーザ溶接周辺設備
に対し多大なる投資を強いることになり、結果的に前述
したようなレーザ溶接の利点を打ち消すことにもなりか
ねない。
ビード幅を拡げる方法として、例えば、(1)焦点位置
をデフォーカスにする溶接法、 (II)ティグ溶接と
レーザ溶接とを併用した溶接法等が検討されている。
をデフォーカスにする溶接法、 (II)ティグ溶接と
レーザ溶接とを併用した溶接法等が検討されている。
しかしこれらのうち、(1)の方法はビード幅は広がる
ものの、被溶接材に照射されるレーザビームのエネルギ
ー密度が減少するため溶接できる板厚が極端に低下する
という問題がある。また(11)の方法はティグアーク
とレーザビームを被溶接材の同一面に配置し、レーザビ
ームに先行するティグアークによって形成されたクレー
タ底ξこレーザビームを照射することにより溶は込み深
さを増大する方法であるが、この方法では被溶接材裏面
側のビード幅がレーザ単独の場合と同様にレーザビーム
の穿孔幅によって決められるためビード幅の拡大効果は
ほとんど期待できない。このようIこ上述した方法はい
ずれも実用上有効な方法とは言い難い。
ものの、被溶接材に照射されるレーザビームのエネルギ
ー密度が減少するため溶接できる板厚が極端に低下する
という問題がある。また(11)の方法はティグアーク
とレーザビームを被溶接材の同一面に配置し、レーザビ
ームに先行するティグアークによって形成されたクレー
タ底ξこレーザビームを照射することにより溶は込み深
さを増大する方法であるが、この方法では被溶接材裏面
側のビード幅がレーザ単独の場合と同様にレーザビーム
の穿孔幅によって決められるためビード幅の拡大効果は
ほとんど期待できない。このようIこ上述した方法はい
ずれも実用上有効な方法とは言い難い。
〔問題を解決するための手段及び実施例〕本発明はこの
ような問題Iこ鑑み、レーザ照射面の裏面側lこおいて
も良好な溶接法を提供せんとするものであり、このため
レーザ照射面の裏面側における溶接線上lこティグ溶接
またはプラズマ溶接のアークを照射し、レーザビームと
アークとを同時に移動させながら溶接するようにしたも
のであり、これlこよりアークの入熱をレーザビーム貫
通により生じたビーム孔及びその近傍領域に付与し、レ
ーザ照射面の裏面においても幅広の良好なビードが得ら
れるようにしたものである。
ような問題Iこ鑑み、レーザ照射面の裏面側lこおいて
も良好な溶接法を提供せんとするものであり、このため
レーザ照射面の裏面側における溶接線上lこティグ溶接
またはプラズマ溶接のアークを照射し、レーザビームと
アークとを同時に移動させながら溶接するようにしたも
のであり、これlこよりアークの入熱をレーザビーム貫
通により生じたビーム孔及びその近傍領域に付与し、レ
ーザ照射面の裏面においても幅広の良好なビードが得ら
れるようにしたものである。
以下、本発明を図面lこ基づいて説明する。
第1図は本発明の基本構成を示すもので、10は被溶接
材、(2)はレーザビームの集光レンズ、(3)は溶接
電極(ティグ溶接の場合はタングステン電極)であり、
被溶接材(1)は突合せ面lこおいて突き合された状態
にある。
材、(2)はレーザビームの集光レンズ、(3)は溶接
電極(ティグ溶接の場合はタングステン電極)であり、
被溶接材(1)は突合せ面lこおいて突き合された状態
にある。
本発明は、レーザビーム(4)を集光レンズ(2)で集
光して被溶接材(1)の片面側からその突合せ面に対し
て照射し、該レーザビーム(4)を被溶接材を貫通させ
て溶融接合するlこ際し、裏面側に配されたティグ溶接
またはプラズマ溶接の溶接電極(3)により、該裏面側
にtける溶接線上、換言すればレーザビームlこより形
成されたビーム孔(5)またはその近傍領域にアーク(
6)を照射し、該アークの入熱をビーム孔近傍領域に付
与することにより、溶融部を拡大させビード幅の拡大を
図るものである。
光して被溶接材(1)の片面側からその突合せ面に対し
て照射し、該レーザビーム(4)を被溶接材を貫通させ
て溶融接合するlこ際し、裏面側に配されたティグ溶接
またはプラズマ溶接の溶接電極(3)により、該裏面側
にtける溶接線上、換言すればレーザビームlこより形
成されたビーム孔(5)またはその近傍領域にアーク(
6)を照射し、該アークの入熱をビーム孔近傍領域に付
与することにより、溶融部を拡大させビード幅の拡大を
図るものである。
レーザビーム(4)は集光レンズ(2)によって被溶接
材Illの表面付近で焦点を結ぶが、この際のレーザ溶
接条件(入熱)は被溶接材(1]の厚み1以上の溶は込
みが得られるよう設定され、このようにしてレーザビー
ムを照射することにより入射したレーザビーム(4)の
一部は被溶接材の突合せ面を貫通し、ビーム孔(5)が
形成される。前記溶接電極(3)は被溶接材の裏面側で
ビーム孔近傍(溶接進行方向におけるビーム孔後方)に
配され、ビーム孔(5)またはその近傍が照射位置(照
射点)となるようアーク(6)を照射する。
材Illの表面付近で焦点を結ぶが、この際のレーザ溶
接条件(入熱)は被溶接材(1]の厚み1以上の溶は込
みが得られるよう設定され、このようにしてレーザビー
ムを照射することにより入射したレーザビーム(4)の
一部は被溶接材の突合せ面を貫通し、ビーム孔(5)が
形成される。前記溶接電極(3)は被溶接材の裏面側で
ビーム孔近傍(溶接進行方向におけるビーム孔後方)に
配され、ビーム孔(5)またはその近傍が照射位置(照
射点)となるようアーク(6)を照射する。
アークにより被溶接材が溶融される領域は、アーク電流
、タングステン電極の傾き、アーク長、レーザビームに
よって生成されたビーム孔とティグアークとの相対位置
並び5こ板厚などによって決定されるが、特に大きな要
素となるのが92図に示すレーザビーム照射点とアーク
照射点との距離りである。
、タングステン電極の傾き、アーク長、レーザビームに
よって生成されたビーム孔とティグアークとの相対位置
並び5こ板厚などによって決定されるが、特に大きな要
素となるのが92図に示すレーザビーム照射点とアーク
照射点との距離りである。
@3図はレーザ溶接条件及びアーク照射条件(図中参照
)を一定にし、第2図に示すレーザビーム照射位置とア
ーク照射位置との距離tを変化させ、この距離とビード
形状との関係を示したもので、ビード形状に関しては裏
面からのアーク(ティグアーク)による溶は込み深さh
及び最小ビードiwを測定したものである。なお、図中
の記号Oは、まずレーザビームのみで貫通溶接を行ない
、ビードの温度が室温まで低下した後、裏ビード部をテ
ィグアークにて再溶融させた場合の結果を示す。さらl
こ第3図中の■〜■で得られたビードの断面形状をg4
図囚〜C)に模式的に示す。これlこよれば、本発明法
lこよって形成されたビード■、■(第4図(A) 、
(B) )は、レーザビーム走行後、時間を置いてア
ークを照射させた場合のビード0(第4図(C))に比
べ、第5図に示す溶融部(7b)の領域のビード幅が著
しく増加していることが判る。この溶融部(7b)の領
域のビード幅拡大は、裏面からのアークによる被溶接材
の溶融lこよって達成されたものである。従って、アー
クIこよってビード幅を拡大できる領域は、アークlこ
よる裏面からの溶は込み深さhに依存することになる。
)を一定にし、第2図に示すレーザビーム照射位置とア
ーク照射位置との距離tを変化させ、この距離とビード
形状との関係を示したもので、ビード形状に関しては裏
面からのアーク(ティグアーク)による溶は込み深さh
及び最小ビードiwを測定したものである。なお、図中
の記号Oは、まずレーザビームのみで貫通溶接を行ない
、ビードの温度が室温まで低下した後、裏ビード部をテ
ィグアークにて再溶融させた場合の結果を示す。さらl
こ第3図中の■〜■で得られたビードの断面形状をg4
図囚〜C)に模式的に示す。これlこよれば、本発明法
lこよって形成されたビード■、■(第4図(A) 、
(B) )は、レーザビーム走行後、時間を置いてア
ークを照射させた場合のビード0(第4図(C))に比
べ、第5図に示す溶融部(7b)の領域のビード幅が著
しく増加していることが判る。この溶融部(7b)の領
域のビード幅拡大は、裏面からのアークによる被溶接材
の溶融lこよって達成されたものである。従って、アー
クIこよってビード幅を拡大できる領域は、アークlこ
よる裏面からの溶は込み深さhに依存することになる。
第3図に示すようにアークによる溶は込み深さhは、レ
ーザ照射点とアーク照射点との距離りによって変化し、
L≦3.0−の範囲で溶は込み深さは最大になる。t≦
3.0舅の範囲lこ詔いてはアークの照射点はレーザビ
ームlζよって形成されたビーム孔及びその近傍であり
、レーザビームlこよる裏波が形成し始める前にアーク
照射が行なわれる。一方、例えば1 : 4 m lこ
おいてはアーク照射点はビーム孔の後方に位置する。こ
の場合、アークの一部はビーム孔近傍を照射するものの
、そのほとんどはレーザビームによって形成された凝固
直前の裏波を照射することになる。しかしながら、この
場合でもレーザビームとアークがそれぞれ別個に走行す
る場合のビード形状Oに比し、溶は込み深さは著しく増
加する。レーザビームとアークの同時定行lこよる溶は
込み深さの増大効果は、第3図に示すような通常の溶接
条件ではt≦8.0mの範囲で顕著に認められる。この
溶は込み及びビード幅の増大効果が有効なtの範囲は、
溶接条件によって若干具なるが、L > 10.Ott
rm とすることができる。
ーザ照射点とアーク照射点との距離りによって変化し、
L≦3.0−の範囲で溶は込み深さは最大になる。t≦
3.0舅の範囲lこ詔いてはアークの照射点はレーザビ
ームlζよって形成されたビーム孔及びその近傍であり
、レーザビームlこよる裏波が形成し始める前にアーク
照射が行なわれる。一方、例えば1 : 4 m lこ
おいてはアーク照射点はビーム孔の後方に位置する。こ
の場合、アークの一部はビーム孔近傍を照射するものの
、そのほとんどはレーザビームによって形成された凝固
直前の裏波を照射することになる。しかしながら、この
場合でもレーザビームとアークがそれぞれ別個に走行す
る場合のビード形状Oに比し、溶は込み深さは著しく増
加する。レーザビームとアークの同時定行lこよる溶は
込み深さの増大効果は、第3図に示すような通常の溶接
条件ではt≦8.0mの範囲で顕著に認められる。この
溶は込み及びビード幅の増大効果が有効なtの範囲は、
溶接条件によって若干具なるが、L > 10.Ott
rm とすることができる。
このような距離tに基因した溶は込み及びビード幅増大
効果は、次のようlこ説明することができる。すなわち
、ビーム孔はレーザビームの持つ高エネルギー密度lこ
より被溶接材を蒸発させてできたものであり、従ってビ
ーム孔内には鉄、クロム、ニッケル等の金属蒸気が充満
した状態にある。金属蒸気は空気あるいはHe 、 A
rなどのシールドガスよりも電離電圧が低いため、金属
蒸気が充満しているビーム孔内及びその近傍はアークの
発生がより容易な状態Iこなっており、この領域Iこア
ークを照射するとアークの集中度が増すことlζなる。
効果は、次のようlこ説明することができる。すなわち
、ビーム孔はレーザビームの持つ高エネルギー密度lこ
より被溶接材を蒸発させてできたものであり、従ってビ
ーム孔内には鉄、クロム、ニッケル等の金属蒸気が充満
した状態にある。金属蒸気は空気あるいはHe 、 A
rなどのシールドガスよりも電離電圧が低いため、金属
蒸気が充満しているビーム孔内及びその近傍はアークの
発生がより容易な状態Iこなっており、この領域Iこア
ークを照射するとアークの集中度が増すことlζなる。
加えて、発生した金属蒸気の一部はレーザビームの照射
を受けて電離状態にあり、ビーム孔内及びその近傍は導
電状態の良好な、換言すれば電気抵抗の小さい雰囲気が
形成されていると推定される。このようなことからビー
ム孔内は陽極点形成の格好の場となり、ビーム孔近傍に
向けて照射されたアークはビーム内にまで入り込み、こ
れにより大きな溶は込みが得られること憂こなるものと
推定される。
を受けて電離状態にあり、ビーム孔内及びその近傍は導
電状態の良好な、換言すれば電気抵抗の小さい雰囲気が
形成されていると推定される。このようなことからビー
ム孔内は陽極点形成の格好の場となり、ビーム孔近傍に
向けて照射されたアークはビーム内にまで入り込み、こ
れにより大きな溶は込みが得られること憂こなるものと
推定される。
前記圧Mtは、これが大きくなる−こ従ってアークの照
射点はビーム孔から裏波上へと移り、これに伴いアーク
照射点近傍での金属蒸気量が少なくなるため上記効果が
低下するようになる。しかし、形成された裏波が凝固す
る寸前、または凝固後まだ非常に高温iこある状態にあ
る場合には、この裏波上に陽極点が安定して形成される
ため、裏波上に照射されたアークは未だ相当lこ集中し
、溶は込み増大効果を保持する。
射点はビーム孔から裏波上へと移り、これに伴いアーク
照射点近傍での金属蒸気量が少なくなるため上記効果が
低下するようになる。しかし、形成された裏波が凝固す
る寸前、または凝固後まだ非常に高温iこある状態にあ
る場合には、この裏波上に陽極点が安定して形成される
ため、裏波上に照射されたアークは未だ相当lこ集中し
、溶は込み増大効果を保持する。
以上のようにビード幅の拡大領域はアークの溶は込み深
さに依存し、裏面ビード幅を確保するためIこは、tを
最高でも1G−以下、望ましくは86以下とすることが
好ましく、さらに良好なビード形状を得るためには3露
以下とすることが好ましい。
さに依存し、裏面ビード幅を確保するためIこは、tを
最高でも1G−以下、望ましくは86以下とすることが
好ましく、さらに良好なビード形状を得るためには3露
以下とすることが好ましい。
本発明では、前記アーク(6)としてティグ溶接才たは
プラズマ溶接のアークを用いることができる。
プラズマ溶接のアークを用いることができる。
また、以上のような本発明法は、炭素鋼、低合金鋼、高
合金鋼等の鉄系金属のみならず、その他各種の非鉄金属
材料の溶接にも適用可能である。
合金鋼等の鉄系金属のみならず、その他各種の非鉄金属
材料の溶接にも適用可能である。
以上述べたように本発明によれば、レーザ照射面の裏面
側にも幅広で良好なビードを形成することができる効果
がある。また、この開先精健及びビームのねらい位置精
度に対する要求も緩和でき、さらに溶接の高速化及びビ
ード形状の安定化も図ることができる。
側にも幅広で良好なビードを形成することができる効果
がある。また、この開先精健及びビームのねらい位置精
度に対する要求も緩和でき、さらに溶接の高速化及びビ
ード形状の安定化も図ることができる。
第1図は本発明法の基本構成図である。
第2図はレーザビーム照射点とアーク照射位置との距離
tを示す説明図である。第3図は本発明法及び比較法に
おけるレーザビーム・アーク照射点間距離tと最小ビー
ド幅及びアークによる溶は込み深さとの関係を示すもの
である。第4図(A)〜(C)は第3図において得られ
た溶接ビード断面形状を示す説明図である。第5図は従
来法により得られた溶接ビード断面形状を示す説明図で
ある。 図において、(1)は被溶接材、(3)は溶接電極%(
4)はレーザビーム、(5)はビーム孔、(6)はアー
クを各示す。 特許出願人 日本鋼管株式会社 発 明 者 小 野 守 単回
仲 1) 清 料量
小 菅 茂 鏡開
渡 邊 之代理人弁理士
吉 原 省 三岡 同 高
橋 清同 弁護士 吉 原
弘 子第 1 図 (A) (B) (C)第 5
図 第3図 射後アーク照射
tを示す説明図である。第3図は本発明法及び比較法に
おけるレーザビーム・アーク照射点間距離tと最小ビー
ド幅及びアークによる溶は込み深さとの関係を示すもの
である。第4図(A)〜(C)は第3図において得られ
た溶接ビード断面形状を示す説明図である。第5図は従
来法により得られた溶接ビード断面形状を示す説明図で
ある。 図において、(1)は被溶接材、(3)は溶接電極%(
4)はレーザビーム、(5)はビーム孔、(6)はアー
クを各示す。 特許出願人 日本鋼管株式会社 発 明 者 小 野 守 単回
仲 1) 清 料量
小 菅 茂 鏡開
渡 邊 之代理人弁理士
吉 原 省 三岡 同 高
橋 清同 弁護士 吉 原
弘 子第 1 図 (A) (B) (C)第 5
図 第3図 射後アーク照射
Claims (1)
- レーザビームを被溶接材の片側から照射して溶融接合す
る方法において、レーザ照射面の裏面側における溶接線
上にテイグ溶接またはプラズマ溶接のアークを照射し、
レーザビームとアークとを同時に移動させながら溶接す
ることを特徴とするレーザ溶接方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60073571A JPS61232079A (ja) | 1985-04-09 | 1985-04-09 | レ−ザ溶接方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60073571A JPS61232079A (ja) | 1985-04-09 | 1985-04-09 | レ−ザ溶接方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61232079A true JPS61232079A (ja) | 1986-10-16 |
Family
ID=13522096
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60073571A Pending JPS61232079A (ja) | 1985-04-09 | 1985-04-09 | レ−ザ溶接方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61232079A (ja) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5343015A (en) * | 1992-11-06 | 1994-08-30 | Fintube Limited Partnership | Laser assisted high frequency welding |
US5796069A (en) * | 1997-01-10 | 1998-08-18 | Crc-Evans Pipeline International, Inc. | Arc and laser welding process for pipeline |
EP1193023A3 (de) * | 2000-10-02 | 2003-12-17 | Inocon Technologie Gesellschaft m.b.H | Schweissverfahren |
US7408130B2 (en) | 2002-04-01 | 2008-08-05 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | YAG laser induced arc filler wire composite welding method and weldimg equipment |
JP2011071066A (ja) * | 2009-09-28 | 2011-04-07 | Toshiba Corp | 高周波加速空胴の製造方法 |
WO2011103012A1 (en) * | 2010-02-18 | 2011-08-25 | The Esab Group, Inc. | Method of and apparatus for hybrid welding with multiple heat sources |
US9095929B2 (en) | 2006-07-14 | 2015-08-04 | Lincoln Global, Inc. | Dual fillet welding methods and systems |
WO2022012000A1 (zh) * | 2020-07-15 | 2022-01-20 | 中国船舶重工集团公司第七一六研究所 | 一种全位置熔化极电弧-激光双面复合焊接工艺及其设备 |
-
1985
- 1985-04-09 JP JP60073571A patent/JPS61232079A/ja active Pending
Cited By (14)
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