JPS6332554B2 - - Google Patents

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JPS6332554B2
JPS6332554B2 JP57001057A JP105782A JPS6332554B2 JP S6332554 B2 JPS6332554 B2 JP S6332554B2 JP 57001057 A JP57001057 A JP 57001057A JP 105782 A JP105782 A JP 105782A JP S6332554 B2 JPS6332554 B2 JP S6332554B2
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JP
Japan
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filler wire
welded
welding
gap
groove
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JP57001057A
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Hiroaki Sasaki
Noboru Nishama
Akio Kamata
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JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
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    • B23K26/1462—Nozzles; Features related to nozzles
    • B23K26/1464—Supply to, or discharge from, nozzles of media, e.g. gas, powder, wire
    • B23K26/147—Features outside the nozzle for feeding the fluid stream towards the workpiece
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はレーザ溶接方法に係り、詳しくは、焦
光レーザビームの焦点にフイラーワイヤを挿入し
て、被溶接材をレーザビームで加熱することなく
溶接でき、しかも、この溶接時には、間隙の許容
値が拡大でき、溶接速度も大きくできる裏当金を
使用しないレーザ溶接方法に係る。
一般的に、レーザビームは、エネルギーの集中
度の高い熱源であつて、この熱源を用いて溶接す
ると低入熱で、しかも、ビード形状指数（溶込み
深さ／ビード巾）の大きい溶接ビードを得ること
ができる。このため、溶接入熱による熱変形をき
らうものの接合などにレーザ溶接が用いられ、そ
の適用範囲が拡大されている。
しかし、レーザ溶接でエネルギーの集中度を高
めるためには、レーザビームをレンズなどの光学
系を用いて焦光し、この小径の焦点を熱源として
用いる必要がある。このため、被溶接材間に形成
される開先の許容間隙がきわめて小さくなり、間
隙を最小にするよう突合せるのには、被溶接材の
開先加工及び突合せ等の精度がきわめて高いこと
が要求されるが、これら精度を高めるのがむづか
しい。
通常、開先間隙の許容量は板厚の15〜20％程度
といわれている。しかし、鉄鋼プロセスラインで
コイル相互間を溶接する場合の如く、溶接線が長
いときには、開先間隙をこの許容値以下にするこ
とは困難である。更に詳しく説明すると、例え
ば、板厚１mmの冷延鋼板では、開先間隙の許容値
が最大で板厚の20％である故に、約0.2mmである。
しかしながら、通常のシエア切断機を用いて１ｍ
以上の切断長の切断を行なうと、切断線の少なく
とも一部には彎曲部が発生し、この切断線又は切
断面を突合せても、開先線の一部では間隙が0.2
mm以上になることが多い。この開先を例えば径
0.2mm若しくはそれ以下のビーム焦点を用いてレ
ーザ溶接すると、ビードに一部未溶着部を生じ、
溶接継手の健全性が大巾に損なわれる。
この点から、例えば、特公昭53−18449号公報
に記載される如く、例えば、フイラーワイヤ等の
インサートメタルを挿入してレーザ溶接する方法
が開示されている。この方法はフイラーワイヤと
被溶接材とに加熱ビームを当てて加熱溶接するも
のである。しかしながら、このフイラーワイヤを
挿入する方法は、作業性の点で問題があり、許容
値も大巾に改善されないほか、ワイヤと被溶接材
の同時加熱のために、ビーム径の大きいものを用
いることになり、このため、入熱量が多くなつ
て、熱影響部の結晶が粗大化して好ましくない。
これに対し、TIG溶接あるいはMIG溶接とレ
ーザ溶接とを組合せ、開先間隙の許容値の範囲を
大きくする試みが行なわれている。この方法では
溶接入熱の増大が必然的に伴うため、低入熱で溶
接が可能というレーザ溶接本来の性質を損ない好
ましくない。
そこで、本発明者らは、フイラーワイヤを用い
ると上記の如き欠点があるが、この欠点を解決で
きればフイラーワイヤを用いることが開先間隙の
許容値の拡大に最も有効であることに着目し、こ
の溶接法について研究を行なつた。この結果、フ
イラーワイヤの送給速度を変化させると、これに
伴つてワイヤ先端からの溶融金属の移行態様が変
化し、この移行態様の変化を利用すると、被溶接
材を加熱せずに開先間隙が大きいときでもレーザ
溶接できることを知見した。
その一例をあげると、0.9mm径のフイラーワイ
ヤの先端に、2KWのCO2レーザビームを焦点距
離75mmのレンズで集光した焦点を当てて、その際
に、フイラーワイヤの送給速度を変化させた。こ
の結果、フイラーワイヤ送給速度が0.6ｍ／分程
度のときには、フイラーワイヤの先端が溶融して
巨大な溶滴が形成され、この溶滴が移行する形
態、つまり、グロビユラー移行をとるが、送給速
度が速められて1.4ｍ／分以上になると、フイラ
ーワイヤ先端に細かい溶滴が形成され、これら溶
滴が周囲に飛散すること、つまり、スプラツシユ
移行することがわかつた。
本発明はこれらの知見に基づいて成立したもの
であつて、具体的には、レーザビームを集光した
焦点を開先内でかつ被溶接材表面の延長面上にお
くと共に、この焦点に、フイラーワイヤを上記の
如く開先間隙ならびにフイラーワイヤ径に関連し
て定めた速度で送給し、被溶接材の端部にレーザ
ビームを当てることなく溶接するレーザ溶接方法
を提供する。
すなわち、本発明方法は、一対の被溶接材の端
部を突合せて形成した貫通開先にフイラーワイヤ
を送給して裏当金を当てることなくレーザ溶接す
る際に、この貫通開先の間隙を0.05mmからフイラ
ーワイヤの直径までの範囲にセツトすると共に、
レーザビームの焦点を貫通開先内でかつ被溶接材
表面の延長面上におき、この焦点にフイラーワイ
ヤをワイヤ先端の溶滴がグロビユラー移行または
スプラツシユ移行する領域の送給速度で送給し、
フイラーワイヤのみにレーザビームを当てながら
溶接することを特徴とする。
また、本発明方法は、一対の被溶接材の端部を
突合せて形成した貫通開先にフイラーワイヤを送
給して裏当金を当てることなくレーザ溶接する際
に、この貫通開先の間隙をフイラーワイヤの直径
の１倍から２倍以下の範囲にセツトすると共に、
レーザビームの焦点を貫通開先内でかつ被溶接材
表面の延長面上におき、この焦点にフイラーワイ
ヤをワイヤ先端の溶滴がスプラツシユ移行する領
域の送給速度で送給し、フイラーワイヤのみにレ
ーザビームを当てながら溶接することを特徴とす
る。
以下、さらに本発明を詳しく説明する。
まず、本発明方法では、開先の間隙が0.05mmか
らフイラーワイヤの直径のときには、ビームの焦
点にフイラーワイヤをワイヤ先端の溶滴がグロビ
ユラー移行あるいはスプラツシユ移行する領域の
送給速度で送給し、また、開先の間隙がフイラー
ワイヤの直径から２倍までのときには、ビームの
焦点にフイラーワイヤをワイヤ先端の溶滴がスプ
ラツシユ移行する領域の送給速度で送給する。ま
た、このときにビームの焦点を開先内でかつ被溶
接材表面の延長面上におき、かつワイヤのみにレ
ーザビームを当てる。
すなわち、第１図は本発明方法におけるフイラ
ーワイヤの挿入点、ビーム焦点ならびに被溶接材
表面の延長面等の位置関係を示し、第１図に示す
通りレーザビーム１はレンズ等で集光し、この焦
点１ａが後記の貫通開先内にあつて、しかも、被
溶接材３の表面３ａの延長面上におく。つまり、
この表面３ａと同一のレベルにビーム焦点１ａを
保つ。
また、このビーム焦点１ａにフイラーワイヤ２
を送給するが、その送給速度は開先間隙、フイラ
ーワイヤ２の直径との関連で次の通りにする。
第２図ならびに第３図に示す如く、一対の被溶
接材３，３の対向端面３ｂ，３ｂ間に形成される
開先４はともに貫通しているが、これら貫通開先
はともに裏当金を当てることなく溶接する。この
場合、例えば、第３図に示す如く、被溶接材３，
３間の貫通開先４の間隙Ｇがフイラーワイヤ２の
直径より大きいときは、フイラーワイヤ２の先端
が間隙４内に入り、フイラーワイヤ２は被溶接材
３に全く接触しない。また、開先４の間隙Ｇがフ
イラーワイヤ２の直径より小さいときには第２図
に示すようにフイラーワイヤ２は開先４内に入ら
ずに開先４の上部におかれ、被溶接材３に直接接
触するようになる。
そこで、第２図に示すような配置で溶滴がグロ
ビユラー移行する領域で溶接するときには、フイ
ラーワイヤの送給速度を遅くし、例えばフイラー
ワイヤ径0.9mmでは0.6ｍ／分〜1.4ｍ／分の速度で
送給する。
この速度でレーザビームの焦点に送給すると、
焦点１ａのエネルギー密度は例えば５×105ワツ
ト／cm2以上の如く高いが、送給速度がやや遅いた
め、フイラーワイヤの先端は加熱溶融されるが、
この溶滴は飛散せずに、巨大な溶滴が形成される
に過ぎない。しかしながら、第２図の場合には、
フイラーワイヤ２が開先４上において両側の被溶
接材３，３に直接接触しているために、溶滴は開
先４内に移行し、この溶滴によつて両端面３ａ，
３ａが加熱され、レーザビームにより被溶接材
３，３を加熱しなくとも溶接される。
これに対し、第３図に示す如く溶接するとき
に、フイラーワイヤ２の送給速度が上記の如く遅
いときには、フイラーワイヤ２の先端に加熱溶融
によつて巨大溶滴が形成されても、この溶滴が端
面３ａ，３ａに付着してもその一部のことが多
く、溶接できない。
しかしこのように開先間隙がフイラーワイヤ径
よりも大きい場合にもフイラーワイヤ２の送給速
度を1.4ｍ／分以上の如く速くすると、細かい溶
滴が形成され、これら溶滴が飛散し、飛散溶滴が
両端面３ａ，３ａに付着してブリツジを形成し、
溶接できる。つまり、このような溶滴飛散が起こ
るようなフイラーワイヤの送給速度であると、フ
イラーワイヤの直径の２倍程度の開先間隙であつ
てもビードの形成が可能であり、第３図の場合に
もビードを形成させることができる。
要するに、何れの場合であつても、上記の如き
メカニズムでレーザ溶接できるため、レーザ溶接
時の貫通開先の許容値が従来例のレーザ溶接に比
べて拡大し、開先精度をそれほど高くする必要が
なく、かつ裏当金を用いる必要がないため作業性
が向上する。
すなわち、レーザ出力2KWの炭酸ガスレーザ
源を用い、そのエネルギー密度の高い焦点によつ
て板厚3.5mmの鋼板をフイラーワイヤ送給を行な
わずに従来例でレーザ溶接する場合には、その最
大許容間隙が0.25mmで、全溶込みの最大溶接速度
が0.7ｍ／分である。これに対して、本発明によ
つて第２図ならびに第３図に示す何れの態様で溶
接すると、そのときの最大許容間隙は1.8mmまで
拡大し、最大溶接速度も1.1ｍ／分まで速められ
る。
また、フイラーワイヤの送給時の挿入点をビー
ム焦点と一致させる理由は、フイラーワイヤをビ
ーム焦点から離したところに送給すると、レーザ
ビームのエネルギー密度が低下し、送給速度を上
記範囲に保つても、フイラーワイヤの溶融、溶滴
形成、溶滴移行が起らなくなるからである。すな
わち、フイラーワイヤのみに与えられたビームの
エネルギーが溶滴を介して被溶接材へ移行しなく
なる。
また、ビーム焦点を開先内で、しかも、被溶接
材表面の延長面におく理由は、ビーム焦点を被溶
接材表面の延長面から離すと、所定の送給速度に
対応した開先間隙の許容値が減少するとともに最
大溶接速度も減じ、フイラーワイヤを送給するメ
リツトが大巾に減ずるためである。更に、第３図
に示す如く、フイラーワイヤの先端が開先間隙内
にあるときにビーム焦点が被溶接材表面から離れ
ると、細かい溶滴が飛散しても、１部のみしか付
着せず、良好なビードの形成がむづかしい。
実施例 １ 2KWの炭酸ガスレーザビームを集光し、この
ビーム焦点を用いて、板厚１mmの鋼板を突合せ、
この開先間隙を0.2〜0.6mmまで変化させて0.9mm径
のフイラーワイヤを用いて溶接した。このとき
に、ビーム焦点、フイラーワイヤや被溶接材の位
置関係は本発明によつて第２図に示す場合として
行なつた。このときにフイラーワイヤの送給速度
は最大の1.4ｍ／分としたところ、２ｍ／分の溶
接速度で0.5mmの開先間隙まで欠陥なしに溶接が
できた。なお、フイラーワイヤを用いない従来法
のときの最大許容間隙は0.2mmであり、これに比
べると、本発明法によると、大巾な許容間隙の増
大がみられた。
実施例 ２ 実施例１に示す炭酸ガスレーザビームを集光し
た焦点のところを用いて、板厚3.5mmの鋼板の突
合せ開先（間隙０〜2.0mm）を径0.9mmのフイラー
ワイヤを送給して溶接した。この場合、フイラー
ワイヤの送給速度は1.4ｍ／分とし、間隙とフイ
ラーワイヤの位置関係は、間隙の寸法に応じて第
２図または第３図を選択して、溶接を行なつた。
この結果、第４図に示す通りの溶接速度と開先間
隙との関係が得られた。第４図によれば、開先間
隙のない場合や小さい場合には、フイラーワイヤ
の使用によつて溶接速度が大巾に低下すること、
また、フイラーワイヤ径の２倍をこえる開先間隙
ではビード形成が良好でないことがわかつた。
なお、第４図のＡはビード形成領域、Ｓはフイ
ラーワイヤを用いない場合の最大速度を示す。
以上詳しく説明した通り、本発明方法は、一対
の被溶接材の端部を突合せた貫通開先を裏当金を
当てることなくフイラーワイヤを送給し、このフ
イラーワイヤにのみレーザビームを当ててレーザ
溶接するものである。従つて、ビーム径が小さ
く、入熱量が少ないため、被溶接材の熱影響部の
結晶が粗大化することなく、健全なビードが得ら
れる。
また、貫通間隙ならびにフイラーワイヤの径と
関連してフイラーワイヤの送給速度を定めるた
め、貫通開先に裏当金を当てることなく溶接で
き、開先間隙の許容値を大巾に拡大できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明法によるフイラーワイヤの挿入
点、ビーム焦点及び被溶接材表面の延長面との位
置関係を示す説明図、第２図ならびに第３図は第
１図の位置関係を具体化した場合の各説明図、第
４図は本発明法の一つの実施例の溶接速度と開先
間隙とビード形成領域との関係を示すグラフであ
る。 符号１……ビーム焦点、２……フイラーワイ
ヤ、３……被溶接材、４……開先間隙。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 一対の被溶接材の端部を突合せて形成した貫
    通開先にフイラーワイヤを送給して裏当金を当て
    ることなくレーザ溶接する際に、この貫通開先の
    間隙を0.05mmからフイラーワイヤの直径までの範
    囲にセツトすると共に、レーザビームの焦点を貫
    通開先内でかつ被溶接材表面の延長面上におき、
    この焦点にフイラーワイヤをワイヤ先端の溶滴が
    グロビユラー移行またはスプラツシユ移行する領
    域の送給速度で送給し、フイラーワイヤのみにレ
    ーザビームを当てながら溶接することを特徴とす
    るレーザ溶接方法。 ２ 一対の被溶接材の端部を突合せて形成した貫
    通開先にフイラーワイヤを送給して裏当金を当て
    ることなくレーザ溶接する際に、この貫通開先の
    間隙をフイラーワイヤの直径の１倍から２倍以下
    の範囲にセツトすると共に、レーザビームの焦点
    を貫通開先内でかつ被溶接材表面の延長面上にお
    き、この焦点にフイラーワイヤをワイヤ先端の溶
    滴がスプラツシユ移行する領域の送給速度で送給
    し、フイラーワイヤのみにレーザビームを当てな
    がら溶接することを特徴とするレーザ溶接方法。
JP57001057A 1982-01-08 1982-01-08 レ−ザ溶接方法 Granted JPS58119481A (ja)

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JP57001057A JPS58119481A (ja) 1982-01-08 1982-01-08 レ−ザ溶接方法
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EP (1) EP0098306B1 (ja)
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