JPS6152997A - シーム溶接装置 - Google Patents

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】 ａ、産業上の利用分野 本発明はレーザビームによる溶接方法に関わり、更に詳
細には金属材料の一端還を次第に接近させ突合わせてシ
ーム溶接するに当り、金属材料の間から溶接後のシーム
溶接線に一致り゛る方向にレーザビームを照ｕｎ　Ｓ１
−ることを特徴と−（ｊるレージ１ビームによる溶接方
法に関するものである。

ｂ、従来技術 従来シー１１ビームによって金属材料の端辺を突合わせ
溶接するのは後述する「キーホール」現ＫＨを利用した
乙のであった。

１なわもレーザビームは、被溶接材の表面に垂直に照射
されエネルギーは刊料のλｑい層に蓄積され、この表面
で材料の表面は強烈にＩＪＯ熱されて１１）ｉ壊させら
れ最終的には「キーホール」ど呼ばれる凹部が形成され
て完全に吸収される。

ビームパワーが数キロワットの場合は、「キーホール」
は数ミリメートルの深さである。

３？２属蒸気圧がこの空洞を取り囲む液体金属の静止圧
に対して該空洞を保守り°る。ビームと被溶接材との間
の適宜な相対移動で空洞１ま物ｌｊｌ的に安定となり材
料内を移動するが、この場合まづ溶接がなされ、つづい
て固化がなされる。

溶接光学にお（ブるフィールド深さは比較的に浅いので
、すべてのビームパワーが減衰するまで多重反射と部分
吸収プロセスによって、ビームは空洞内に進行するがそ
れ以上の溶込みはなされない。

与えられたパワーレベルにおいて、溶接の溶込みは溶接
速度に逆比例１゛る。同様に一定の速度では溶込みはパ
ワーに直接に関係している。

溶接速度が一定のパワーレベルで減速される時、空洞を
取り囲む溶接金属領域の範囲が単位長さ当りの増加した
エネルギー蓄積量に比例して拡大される。

そして遂には金属蒸気圧は液状金属の動圧力にス・１抗
づるには充分でなくなり、深い溶込み空洞が崩壊する。

こうした条件の下で溶込みの急激な減少が生じ、表面エ
ネルギー人力の特徴を示づ°はぼ半球状の融合部が１ｑ
られる。

従って空洞崩壊の直前の状ｆぷは溶接の最大の溶込みを
限定するのに没立つのである。

Ｃ０発明が解決しにうとする問題点 上記した「キーホール」を利用づる溶接方法は、溶接工
程でありこの溶接工程に於て溶込みと熱影響部（以下に
ＨＡＺと呼ぶ）とはレーザパワーと溶接速度の関数であ
る。

一定のレーザパワーでは溶込みの最大ｌｉｄが３￥成さ
れるまで溶接速度を低下させることにより溶込みを増す
ことができる。この速度より遅いと溶込みを一定したま
まで溶接部とｉｔ　Ａ　Ｚとが増し溶接は質の悪いもの
しか得られない。

特にレーザビーム溶接で低出力の１ノーデを利用して比
較的薄い材料をシーム溶接する場合は、狭い溶接部で溶
接することを主目的とするものであるから１］広の溶接
部をともなうことは極めて工部す 合なものである。

ｄ１問題を解決するための手段 本発明の方法は金属材料の一端を次第に接近させて突合
わｕＣシーム溶接するに当り、金属材料の間から溶接１
殺のシーム溶接線に一致する方向にレーザビームを照射
して、いわゆる「キーホール」現象によらない表皮効果
を利用しｌこ固相溶接方法を発明したのである。

０、Ｖ「用 本発明のレーザビーム溶接によれば、突合わＵた金属材
料の表皮部分が不純物などをしぼり出した純金属部分だ
けで固相溶接されるから、溶接部及びｌ−Ｉ　Ａ　Ｚが
狭くて溶接強度の大きい、結果として質の高い溶接が得
られたのである。

なおその詳ＩＩ＋は以下の実施例に図面にもとづいて説
明りる。

ｒ、実施例 第１図に示した実施例で（ユ、溶接されるべき金属材料
は可撓性を備えた帯鋼１と３であって、図示のＸ−Ｙ面
にお（プる接触点で角度θに突合４つされている。レー
デビーム５は光学的な形状を付与されてＹ軸にそっ照射
され溶接継目と同じ直線上にある。

レーザビーム５が帯ｔＪ４１．３の縁部に溶８１（を生
じる前記の接合点を僅かに越え！ζ両帯鋼はＸ軸方向に
ピンチローラ９，１１によっで締（＝Ｊ１ツカが加えら
れる溶融ｉ品度は締結力が加えられる位置に左右される
ものであるから、固相溶接も溶融溶接もできる性質のも
のである。

固相溶接の場合にはすべての溶融金属と不純物とは絞り
出されて、境界面を横切る原子の体積拡散によっｒ：ｉ
６浄な縁部が溶接される。

溶融溶接の場合のピンチローラ９，１１は帯鋼１と３と
を適宜に整合し間隙を制御する機能を持っている。

レーザビーム３にはＸ−Ｙ面に対し第２図に示したよう
なガウス分布を呈し、Ｘ軸方向には第３図に示したよう
な均一なエネルギー密度を示ずほぼ直線状のエネルギー
源を得るために特別な光学形状が要求される。

これは例えば円筒状レンズなどを経て形成されるもので
ある。このレーザ溶接の技術は、溶接ｉ！Ｌ目に垂直に
照射されるレーザビームを利用した従来技術より優れて
いる。

それ（よこの新二［程によって、Ｚ軸に治った均一な熱
入力が、機械的強度に潰れた均一な（黄方向溶接断面を
与えるからである。

固相溶接の場合の溶融は材１′！１の表皮にだ【プ発生
するので、非ｉニジに狭い溶接部とＨＡＺに止めること
ができる。

また固相溶接が所望される場合には、溶接金属酸化物お
よび曲の表面不純物が絞り出され、含有物及び不純物の
無い溶接部が得られるように締付力が加えられるのであ
る。

このシー１１溶接の方法は、材料に関してのレーザビー
ムの特異な形状による溶込みを１ｑるもので、いわゆる
「キーホール」現象に依存するものではない。

レーザビームは被溶接材の厚さ方向に沿って同時に且つ
均一に供給される。このように「溶込み」は集光工学系
（ｆｏｃｕｓｉｎａ　　ｏｐｔｉｃｓ）に依存し、レー
ザパワーは溶接速度に左右にされるものではない。

一方し−ザバワーは溶接速度と＋−＋　Ａ　Ｚを１１１
１もＩｌｌ　−，１するのである。

溶接継目ｌｊ向と同一直線上のし〜１ｒビーム（こよる
溶接は、ｉＪ撓性材料の連続溶接が要求される場合に適
用される。「Ｙ形状」の送りをγＦ容するように材料は
薄くて充分な可撓性を有していなレプればならない。

このため溶接継目と同一直線上のレーザは、容易に接合
の頂点に接近し１ｑる。代表的には、この方法は生産型
の薄枚の連続溶接が可能である。

各適用に対して特別の材料取扱いシステムが設計されね
ばならない。ぞして後述するパラメータの厳格な制御が
必要とされるのである。

図面にもとづいて説明を続けると、カイトローラ１３，
１５と、１７．１９とから可１尭性を廂えた帯鋼１と３
とが同じ速度で連続して送られてくる。

ガイドローラ１３．１５，１７．１９がなる２５組の送
りローラは、Ｘ−Ｙ面に帯鋼１，３を整列させ、頂点に
おりる角度θを制ｉする。またピンチローラ９．’１１
に対する張力の制御手段としての作用ら兼ねている。

整列ローラ２３，２５は、レーデビーム５が妨害なく接
合点に届くように各ローラの中央に首部２７．２９を備
えている。

上記した整列ローラ２３．２５は２枚の帯鋼１゜３の送
り込み速度を厳密に制御し、Ｘ−Ｙ面にこれら帯鋼を最
終的に整列させる。

ピンチローラ９．１１の頂点からの上流距離と締（＝Ｊ
け力とは溶接間隅を制御のために可変になっている。す
でに前記したようにギャップが零でも充分な締付は力を
作用させ【固相溶接が可能である。

溶接された帯鋼は最終的には送り出し兼張力ローラ３１
，３３を通過してコイラー（図示省略）へと送り込まれ
る。送り出し」［コ張カローラ３１゜３３は、溶接中の
’！Ｉ’錆の張力を調整し兼ねて整列ローラ２３，２５
の送り込み速度と同じ速度で溶接剤の帯鋼を送り出すの
である。

溶接された帯鋼はコイラー（図示省略）に最終的に巻き
とられる。

なお下記のパラメータが制御されねば・１ｔらないこと
はいうまでもない。

ａ）　レーザビームパワー ｂ）　レーザビーム形状 Ｃ）　レーデビームの焦点寸法 ｄ）　被溶接材の送り速度（溶接速度）ｅ）　頂点角度
θ 「）　帯鋼の張力と整列状態 （＋）　　　　　　締　付　（プ　）ｊレーザビームは
帯鋼の厚さ方向に〈ａって、にＬぼ均一な密度を有し、
焦点に、１５いＣ帯鋼の厚さに等しくなるような適宜の
光学系を用いてその形状が与えられる。

このようにＸ−Ｙ面におけるレーザビームの外形は図示
のごときものである。？ｉ′なりら第３図ぐｂは帯鋼の
厚さであり、ａは出来るたり小ざくされる。第２図はビ
ームのＸ−Ｙ断面も示されている。

帯鋼の縁部で厚さ方向に沿って均一に溶融が生じるよう
に、パラメータが制御されねばならない。

また一定のレーザパワーに苅り”る溶接速度を制御ツる
ことにより、溶接の表皮深さを制御することがでさ゛る
。

溶接には０．１ミリメー１〜ルのＡ−ダの表皮深さが要
求され、また固相溶接には、それよりも小さい表皮深さ
が要求される。

皺あるいは非整列が生じないように帯鋼を保つため、整
列ローラと送り出し前張力ローラとの間で帯鋼に充分な
張力が１呆持されねばならない。

接合の頂点の角度θは、帯鋼が永久変形を生ずることな
く、出来るだけ大きく維持されねばならない。

９、発明の効果 本発明の溶接方法は、上記した理由で溶接中とＨＡＺが
狭くて礪械的強度の俤れた質の高い溶接が得られたのＣ
ある。

なお本発明の技術思想を逸ｎ；＞　７ｉることなく、設
計変更が容易であることも明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の３１明図、 第２図は第１図のＸ−Ｙ断面での溶接エネルギー分布図 第３図は第１図のＺ−Ｘ１面での溶接エネルギー分布図
である。 （図面の主要部を表わづ゛符シシの説明）１・・・帯１
　　　　　　　５・・・レーザビーム７・・・溶接継口
　　　　　９・・・ピンチローラ２３・・・整列ローラ
　　　２７・・・首部３１・・・送り出し前張力ローラ 陶ｄ禾凄 艶

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属材料の一端を次第に接近させ突合わせてシー
   ム溶接するに当り、金属材料の間から溶接後のシーム溶
   接線に一致する方向にレーザビームを照射することを特
   徴とするレーザビームによる溶接方法。
2. （２）前記金属材料が帯状の可撓性板材であることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載のレーザビームに
   よる溶接方法。
3. （３）前記シーム溶接線にレーザビームを照射時に、熱
   エネルギーが板厚方向にほぼ均一な直線分布を呈するよ
   うな溶接光学形状を備えたことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載のレーザビームによる溶接方法。
4. （４）前記レーザビームの照射方向と被シーム溶接材料
   の締付け力とによつて純金属同志の固相溶接を得ること
   を特徴とした特許請求の範囲第１項に記載のレーザビー
   ムによる溶接方法。