JPS61232087A - レ−ザ溶接方法 - Google Patents

レ−ザ溶接方法

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JPS61232087A
JPS61232087A JP60073575A JP7357585A JPS61232087A JP S61232087 A JPS61232087 A JP S61232087A JP 60073575 A JP60073575 A JP 60073575A JP 7357585 A JP7357585 A JP 7357585A JP S61232087 A JPS61232087 A JP S61232087A
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JP
Japan
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gas
gaseous
welding
center
laser welding
Prior art date
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Pending
Application number
JP60073575A
Other languages
English (en)
Inventor
Kiyokazu Nakada
清和 仲田
Moriaki Ono
守章 小野
Shigechika Kosuge
小菅 茂義
Itaru Watanabe
渡邊 之
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 Engineering Corp
Original Assignee
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Publication date
Application filed by NKK Corp, Nippon Kokan Ltd filed Critical NKK Corp
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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〕 本発明はレーザ溶接法の改良に関する。
〔従来の技術及びその問題点〕
金属材等の溶接方式の1つとしてレーザ溶接法が知られ
ている。
レーザ溶接は、集光レンズあるいは集光ミラーにより細
く絞った高エネルギ密度ビームを用いるため高速・精密
溶接が可能であり、また低入熱であるため高品質継手が
得られるという特徴を有している。
レーザ溶接では次のような過程で溶接が進行する。すな
わち、集光されたレーザビームは非常にエネルギ密度が
高いため、被溶接物を瞬時に溶融lこ至らしめると同時
に、その一部を激しく蒸気化させ、レーザ照射点にビー
ム孔を形成させる。蒸気化に伴う反力が溶融金属のビー
ム孔への流入を防ぐため、ビーム孔は安定して維持され
る。ビーム孔に突入したレーザビームは、散乱はするも
ののビーム孔壁にあたって反射される結果再集束し、高
エネルギ密度を維持しつつ被溶接物を穿孔することにな
る。この結果、成形は込み型の溶接ビード形状が得られ
る。
ビーム孔形成には上記蒸気化現象は不可欠であるが、金
属蒸気による愚影響もまた考慮すべき問題である。すな
わち、金属蒸気はレーザビーム照射により金属蒸気自身
のプラズマ化及び雰囲気ガスのプラズマ化を促進するが
、このようにして生成されたプラズマはし−ザビームを
吸収及び反射し、被溶接物に到達するビーム量を著しく
減少させ、溶は込み性能を低下させるという問題がある
このため通常のレーザ溶接においては、金属蒸気及びプ
ラズマをレーザビーム近傍から除去するためにプラズマ
除去ガスを用いている。しかしながらプラズマ除去ガス
の吹き付は方法によっては、溶接ビードの形成が非常に
不安定となること、また除去ガス用ノズルの設定に厳し
い精度が要求されること等の問題があり、プラズマ除去
ガスを用いるレーザ溶接法の実用化は必ずしも容品では
ない。
第1図はレーザ溶接の実施状況を示すもので、(6)は
被溶接材、(1)はレーザビーム、(2)は集光レンズ
、(3)は溶接用ノズル、(5)は溶接部であり、溶接
はレーザビームの軸線方向にセンタガス(4)(シール
ドガス)を流しつつ行われる。このセンタガス(4)は
、溶接部(5)の大気からのシールド以外に集光レンズ
(2)への蒸着防止機能をも兼ねており、レーザ溶接に
おいてこのセンタガスの使用は必要不可欠なものである
。前述したようlこ、センタガスは高温に加熱された金
属蒸気及び金属蒸気プラズマと衝突し、一部がプラズマ
化するが、金属蒸気及びセンタガスのプラズマ化の難易
度は、主lこ金属蒸気、センタガスの電離電圧及びセン
タガスEこよるレーザ照射部雰囲気の冷却能−こ依存す
るものであり、このためプラズマの発生状況はセンタガ
ス(4)の種類によって異なってくる。溶接部をシール
ドするために用いられる代表的なガスとしてHe及びA
rが挙げられるが、これらのガスをレーザ溶接のセンタ
ガスlこ用いた場合、82図に示すように集光レンズの
焦点距離によって溶は込み特性に大きな相違が認められ
る。第2図(A) I (B)はレーザ出力を5 kw
で一定とし、集光レンズの焦点距離を127■、254
■と変えて、その際の溶は込み深さを調べたものである
これlこよれば焦点距離127mのレンズで集光した場
合には、センタガスの種類は溶は込み深さlこほとんど
影響を及ぼさないが、焦点距離254■のレンズで集光
するとHeとAtガスでは溶は込み深さに顕著な差が認
められ。
センタガスにArを使用するとその溶は込み深さはH・
を使用した場合の173〜1/10に激減する。Arは
H・に比し質量が大きくレーザ照射部雰囲気の冷却能ξ
こ劣り、かつ電離電圧が小さいものであり、このためA
rをセンタガスlこ使用すると強いプラズマが形成され
、レーザビームがこれに吸収・反射されて基材lこ到達
するビーム量が減少し、溶は込み深さの低下を招く。こ
のような傾向はレーザ出力を低下させても同様に認めら
れる。
レーザ溶接では溶接時におけるスパッタ等を避ける意味
でなるべく焦点距離の長い集光レンズ(または集光ミラ
ー)を用いることが好ましいが、上述したように比較的
焦点距離の長いもの、具体的には焦点距#I2001I
III以上のレンズやミラーを用いるような場合にはA
rガスの使用は実質上不可能であり% Heガスを使用
せざるを得な力)つな。しかしながらHeは極めて高価
なガスであるためランニングコストが上昇し、これがレ
ーザ溶接の実用化を阻む要因の1つとなっていた。
〔問題を解決するための手段及び実施例〕本発明者らは
このような従来の問題に鑑み、焦点距離の長い集光レン
ズまたは集光ミラーを用いて行われるレーザ溶接におい
て溶は込み性とセンタガス成分との関係について種々検
討を重ねた結果、センタガスとしてN、ガスが溶は込み
性向上に極めて有効であり、N!ガスまたはこれに他の
特定ガスが混合された混合ガスを用いることによってH
eガスを用いた場合に劣らない溶は込みを有する浴接ビ
ードが得られることを見い出した。すなわち、本発明は
センタガスとしてN、ガスまたはN、ガスとArガス及
びHeガスの1種以上のガスとの混合ガスを用いて溶接
することをその基本的特徴とする。
以下本発明の詳細な説明する。
本発明はセンタガスとしてN、ガスまたは、N、ガスと
Ar 、 Heのうち1種以上のガスとの混合ガスを用
い、これを第1図ζこ示すように供給しつつレーザ溶接
を行う。
センタガスがN、ガスと他のガスとの混合ガスである場
合の態様としては、N1−He混合ガス、N、 −He
 −Ar混合ガスがある。このうちN、 −He混合ガ
スではArガスの混合割合を50%以下に抑えることが
好ましく、これによりN、ガスによる溶は込み性向上効
果を維持することができる。N、 −He混合ガスは、
 Heガスの混合割合が30係を超える程度でHeガス
単独の場合とほとんど変わらない溶は込みが得られ、こ
のため経済性の面から80係を上限とすることが好まし
い。さらlこN、−He−Ar混合ガスはN、ガスを3
0係以上%Heガスを5悌以上確保することにより良好
な溶接ビードが得られる。
第3図及び@4図はセンタガスとしてN、ガス、N、−
Ha混合ガス%N、−Ar混合ガスを用いた場合のガス
混合比と溶は込み深さとの関係を示すもので、レーザビ
ームの集光レンズとしては127日、254mの各焦点
距離をもつZn8eレンズを用い、出力5kw、  溶
接部e 1 m/minの溶接条件に゛より板[12−
の5US304鋼を溶接したものである。これIこよれ
ば、焦点距離127 lalの集光レンズでビームを集
束した場合には、センタガスの種類に拘らず、Heとほ
ぼ同等の溶は込み深さが得られているのに対し、焦点距
離254mの集光レンズで集光した場合には、ガスの混
合比によって溶は込みに差が認められる。すなわち、N
!単独の場合の溶は込み深さはHe単独の場合のそれを
やや下回るが、実用的にはほとんど問題のない程度であ
る。またN、にHeを混合すると、He5%  あたり
から溶は込みが増加し始め、 He約30憾程度でHe
単独とほとんど差のない溶は込みが得られる。N、 −
Ar混合ガスの場合は、Ar50%以下の範囲内ではN
、単独の場合と同等の溶は込み深さが得られている。
N、ガスを使用してレーザ溶接する場合には、活性な状
態にあるNが溶接部Iこ吸収される。
この結果、被溶接材がr系あるいは2相系ステンレス鋼
である場合においては、溶凄部中のNが富化することに
より耐食性の向上が認められ、単lこセンタガスのラン
ニングコストを低減させるだけでなく耐食性向上効果も
期待できる。しかし、被溶接材が例えばフェライト系鋼
のような場合lこは、N吸収により靭性が低下するおそ
れがあり、この場合には、He 、 Ar  との混合
ガスを用いることによってその低下の程度を実用上問題
のない範囲に抑えることができる。例えば、6(IN、
−40憾Heまたは65%N、−35係Arをセンタガ
スとして用い8M 50鋼を溶接した場合の靭性は、H
e単独の場合の約85優を確保できた。
したがって、被溶接材の種類によって溶は込み特性と機
械的性質及び機能性を青感したセンタガスの選定を行う
ことが好ましい。
以上のような成分のセンタガスを用いる効果は、集光系
に上記Zn5eレンズを用いた場合に限らず、KCtレ
ンズあるいはCu餐ミラー等の集光ミラーを用いた場合
でも同様に認められ、またレーザ出力を変化させても変
わらなかった。
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
料のレーザ溶・妾lこも適用可能である。
、〔発明の効果〕 以上述べたように本発明によれば、焦点距離の長い集光
レンズを用いて溶接を行うに当たり、使用センタガスに
関するランニングコスト低減化を図りつつ十分な溶は込
み深さを確保することができ、この種の溶接法の実用化
を実質的に可能ならしめるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図はレーザ溶接の実施状況を示す説明図である。第
2図(A) (B)はセンタガスとしてArガス及びH
eガスを用いてレーザ溶接を行った場合の溶は込み深さ
を比較して示すもので、第2図(A)は焦点距離127
■の集光レンズを、また第2図(B)は焦点距離254
mの集光レンズをそれぞれ用いた場合を示している。第
3図はN、ガスの溶は込み深さ及びNH−He混合ガス
のガス混合比と溶は込み深さとの関係を示すものである
。第4図はN、ガスの溶は込み深さ及びNH−Ar混合
ガスのガス混合比と溶は込み深さとの関係を示すもので
ある。 特許出願人  日本鋼管株式会社 発  明  者   仲   1)  清   料量 
        小   野   守   単回   
      小   菅   茂   鏡開     
    渡   邊       2第  1  図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 焦点距離が200mm以上の集光レンズまたは集光ミラ
    ーでレーザビームを集束して行うレーザ溶接法において
    、センタガスとしてN_2ガスまたはN_2ガスとAr
    ガス及びHeガスの1種以上のガスとの混合ガスを用い
    て溶接することを特徴とするレーザ溶接方法。
JP60073575A 1985-04-09 1985-04-09 レ−ザ溶接方法 Pending JPS61232087A (ja)

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