JPS6355397B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜発明の目的＞ 産業上の利用分野 本発明は金属ストリツプのレーザビームによる
突き合わせ溶接時のフイラーワイヤの供給方法に
係り、とくに、金属ストリツプの各種製造処理ラ
インにおいて金属ストリツプをレーザ溶接で接続
する際に、フイラーワイヤの供給位置を高精度に
制御でき、供給されるフイラーワイヤの溶融に十
分な熱量を与えて、良好な溶接ビードが得られる
フイラーワイヤの供給方法に係る。

従来の技術 最近、金属ストリツプの各種製造処理ラインに
おいては金属ストリツプを連続してラインに供給
するため、ラインの入側にてレーザによる金属ス
トリツプの突き合わせ溶接が行なわれるようにな
つてきている。

このレーザ溶接において、とくに、高珪素鋼
（Si≧0.8％）、高炭素鋼（ｃ≧0.3％）においては
金属ストリツプの突き合わせ部にフイラーワイヤ
を供給しながら溶接すると、溶接強度が向上し、
更に、突き合わせ部の間隙の許容範囲が拡大で
き、実際的にその適用範囲が大きくなることに着
目し、本発明者がこの方法を先に提案した（特願
昭57―1057号）。

しかしながら、この方法は、供給されるフイラ
ーワイヤならびに一対のストリツプ端面をレーザ
ビームによつて溶融するため、フイラーワイヤの
供給が他の溶接条件に対して適切でないと、フイ
ラーワイヤをストリツプ全幅にわたつて母材と均
一かつ適量に溶融混合させることが非常に困難で
あつて、その理由を示すと、(1)、(2)、(3)の理由の
通りであつた。

(1) ストリツプの突き合わせ間隙が0.05〜2.0mm
と非常に狭く、この許容間隙をフイラーワイヤ
の供給により拡大しても、この供給によりフイ
ラーワイヤの位置制御がきわめてむづかしいと
いう問題が新しく生じること、 (2) レーザビームの焦点径が0.1〜0.8mmφと非常
に小さいことから、フイラーワイヤの位置制御
がわずかでも誤ると、フイラーワイヤの溶融が
不均一、不十分になり、レーザビームの特性の
良好なビードや、均一かつ小さい熱影響部が得
られないこと、 (3) フイラーワイヤはリールに巻取られたもので
巻戻して突き合わせ部に供給するため、巻きぐ
せが完全に除去できず、位置制御が困難であ
り、更に、この巻きぐせは巻き戻されるにつれ
変化すること、 このような理由から安定してフイラーワイヤを
供給できないと、その供給により突き合わせる許
容間隙が拡大できても、フイラーワイヤの溶融不
良を起こし、あるいは溶融するも突き合わせ部の
間隙に入らず、溶接不良等が生じる。

例えば第３図ａに示すように先行ストリツプ１
と後行ストリツプ１′との突き合わせ部の間隙ａ
において、集光レンズ１３にて集光されたレーザ
ビームとストリツプ表面との交点位置に較べて、
フイラーワイヤ９の供給位置が高い場合、あるい
は第３図ｂの如く上記交点位置に供給したとして
もフイラーワイヤの巻きぐせが大きいと、十分な
溶け込みが得られず、溶接線１ａは例えば第４図
に示す如きものになつて、良好なビードが得られ
ない。換言すると、フイラーワイヤを供給するレ
ーザ溶接においてはフイラーワイヤの供給が適切
でないと、安定して金属ストリツプの突き合わせ
部に供給することが困難であり、所定の溶接品質
を得ることができず、この問題が一つのネツクに
なつている。

発明が解決しようとする問題点 本発明は上記のところに鑑みて成立したもので
あつて、具体的には、金属ストリツプのレーザ溶
接時に、フイラーワイヤを安定かつ適正に供給で
き、フイラーワイヤのレーザビームによる溶融に
十分な熱が与えられ、しかも、このフイラーワイ
ヤの溶融による溶融金属が突き合わせ部に安定し
て供給できる方法を提案することを目的とする。

＜発明の構成＞ 問題点を解決するための手段ならびにその作用 まず、フイラーワイヤを安定して供給するのに
はフイラーワイヤの先端部のガイドが必要であ
る。このところは、突き合わせ溶接であると、金
属ストリツプ端面の突き合わせ間隙が形成される
ため、その間隙の各端面そのものを供給案内とし
て利用し、しかも、フイラーワイヤの供給条件を
定めて供給してレーザ溶接することを骨子とする
ものである。

この際に、金属ストリツプの突き合わせ部の間
隙が重要であり、この間隙はフイラーワイヤの直
径以下に調整し、このように調整された間隙をガ
イドとしてフイラーワイヤを供給する。

すなわち、上記の如くフイラーワイヤを供給す
る際に、ワイヤ溶け込みの良否には、突き合わせ
部の間隙ａとワイヤの直径ｂとの関係、つまり、
ｂ／ａが深い関連を持つことに着目し、ｂ／ａと
溶け込みの良否との関係を求めたところ、第１０
図に示す如き関係が得られた。第１０図において
は、溶接ビードは全長にわたり試べ、(イ)のフイラ
ーワイヤの溶け込みが十分で溶接品質の良い部分
(ロ)の研削等の手入れにより良好となる部分および
(ハ)の溶接品質が不良で手入れにて救済できない部
分に分けて、これらの各部分の割合で溶け込みの
良否を示した。第１０図から、ｂ／ａが１以上、
つまり、ワイヤ直径ｂが間隙ａより大きいときに
は、溶接ビードは全長にわたり十分に溶け込みが
行なわれ、その溶接品質が良好であることがわか
つた。

また、以上の通りにフイラーワイヤを供給する
場合、フイラーワイヤは適正角度で供給し、供給
位置が適正のところであることが望ましい。

本発明者等は上記の如くフイラーワイヤを供給
するときに更にレーザ溶接を安定させる条件につ
いて検討したところ、次の通りであつた。

(1) フイラーワイヤの供給角度が最適範囲にある
こと、 供給角度θが大きすぎると、フイラーワイヤ
９が金属ストリツプ１にあたつた時に第５図に
示す如くフイラーワイヤ９の先端が折れ曲が
り、突き合わせ部に供給できない。

(2) 金属ストリツプ突き合わせ部によるガイド長
さが最適範囲にあること、 このガイドが長すぎるとフイラーワイヤの巻
きぐせの影響が第６図に示す如くではじめる。

(3) フイラーワイヤ供給装置の案内チユーブ１４
の先端の位置が最適範囲にあること、 適正範囲内にないと、(2)と同様に第７図に示
す如くフイラーワイヤ９の巻きぐせの影響が出
る。

なお、第５図ならびに第６図において、符号１
は金属ストリツプ、９はフイラーワイヤ、１４は
案内チユーブ、θは供給角度、ｃはフイラーワイ
ヤがストリツプ表面に接する点からレーザビーム
光軸とストリツプ表面との交点までの距離、第７
図において、ｄは案内ガイドの先端からレーザビ
ーム光軸とストリツプ表面との交点までの距離、
矢印は溶接方向を示す。

要するに、上記の条件は、レーザ溶接時にフイ
ラーワイヤを溶接方向と反対の方向から供給する
際に、ワイヤ溶け込み良否に影響を及ぼす因子
は、主として突き合わせ間隙に対するフイラーワ
イヤの直径の関係であるが、このほかに、フイラ
ーワイヤの供給角度及びフイラーワイヤの供給位
置が重要であることを示している。

そこで、これらの因子がワイヤ溶け込み良否に
及ぼす影響についてしらべたところ、第１１図、
第１２図、第１３図に示す関係が得られた。これ
らにおいてワイヤ溶け込みの良否は第１０図と同
様に示し、θ、ｃ、ｄは上記のところと同様に示
す。

すなわち、第１０図に示すところと併せて考え
ると、突き合わせ部の間隙に対するフイラーワイ
ヤ直径の比ｂ／ａを１以上にする場合には、フイ
ラーワイヤ供給角度θが35゜以内、フイラーワイ
ヤの供給位置ｃが0.5mm〜５mmの範囲、案内チユ
ーブの先端位置ｄが20mm以内とする事が好適で、
この条件であると、溶接線巾方向全長に渡つて、
溶接品質良好なビードが得られる。

実施例 次に、実施例について説明する。

まず、第１図ならびに第２図は本発明方法を実
施する装置の一例の各側面図であつて、第１図は
先後行の両ストリツプの端部の切断状況、第２図
は突き合わせ溶接状況を示す。従つて、レーザビ
ームでストリツプ１，１′の端部を溶接する時に
は、第１図の如く、上下クランプ４，５にてスト
リツプ１，１′をクランプしたのち、上下のシヤ
ー２，３で剪断し、カツト面を一定間隙（フイラ
ーワイヤ９の径より小さい）として突き合わせ
る。その後は第２図の如く、溶接線に沿つてレー
ザトーチを走行させ、ビームを突き合わせ部へ照
射し、シール溶着する（なお、６はレーザトーチ
走行フレーム、７はレーザ集光レンズヘツダー、
８はレーザ集光レンズヘツダー昇降モータ、１１
はシヤークランプシリンダ、１２はバツクバー、
１４はレーザ集光レンズを示す）。フイラーワイ
ヤ９は図に示すようにフイラーワイヤ供給モータ
１０により溶接線に従い連動して溶接方向と反対
方向から供給されるが、この際、案内チユーブ１
４より出て来たフイラーワイヤ９の先端は、突き
合わせ部の間隙をワイヤガイドとし（従つて、ワ
イヤ中心は間隙内に位置する）、供給角度θが35゜
以内で溶接線へフイードされる。

すなわち、第８図に示すようにワイヤ径より小
である突き合わせ間隙内へ、第９図に示す角度
θ35゜以下、ｃが0.5mm〜５mm、ｄが20mm以内でフ
イードする。従つて、フイードワイヤの巻きぐせ
の影響はなく連続的に溶接し、突き合わせ部の間
隙内へのワイヤの溶け込みが良く、十分な溶接品
質を得られる母材の溶け込みが確保される。

＜発明の効果＞ 以上詳しく説明した通り、本発明方法は、金属
ストリツプの突き合わせ間隙をフイラーワイヤ直
径より小さく調整し、この突き合わせ部の端面に
よつてフイラーワイヤ端部をガイドさせ、しか
も、この際のフイラーワイヤの供給を調整する方
法である。

このようにフイラーワイヤの端部は適正にガイ
ドされて供給されるため、巻きぐせ等が残つてい
ても安定かつ連続してフイラーワイヤは供給で
き、その上に、間隙とフイラーワイヤの直径とが
適正関係に保持されているため、母材への十分な
溶け込みが得られ、良好な溶接継手が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図ならびに第２図は本発明方法を実施する
装置の一例の各側面図、第３図ａならびにｂは従
来例のフイラーワイヤの供給態様の各説明図、第
４図は従来例の溶接線の説明図、第５図、第６図
ならびに第７図は従来例のフイラーワイヤの供給
不良の場合の各説明図、第８図ならびに第９図は
本発明方法におけるフイラーワイヤの供給駐置の
関係を示す各説明図、第１０図、第１１図、第１
２図ならびに第１３図は本発明方法におけるフイ
ラーワイヤの各供給条件と溶接品質との関係を示
す各グラフである。 符号１……先行ストリツプ、１′……後行スト
リツプ、２……シヤー上刃、３……シヤー下刃、
４，５……シヤークランプ、６……レーザトーチ
走行フレーム、７……レーザ集光レンズヘツダ
ー、８……レーザ集光レンズヘツダー昇降モー
タ、９……フイラーワイヤ、１０……フイラーワ
イヤ供給モータ、１１……シヤークランプシリン
ダ、１２……バツクバー、１３……レーザ集光レ
ンズ、１４……フイラーワイヤ案内チユーブ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一対の金属ストリツプの端面を互いに突き合
   わせ、この突き合わせ間隙に案内ガイドからフイ
   ラーワイヤを供給し、しかも、前記突き合わせ間
   隙を前記フイラーワイヤの直径以下に調整して、
   レーザビームによつて、前記フイラーワイヤの先
   端ならびに前記各金属ストリツプ端面を溶融して
   突き合わせ溶接する際に、 前記フイラーワイヤを、前記突き合わせ間隙の
   前記各金属ストリツプ端面を案内とし、 前記フイラーワイヤを前記金属ストリツプ表面
   に対して傾斜させる供給角度θ：35゜以内、 前記フイラーワイヤの前記金属ストリツプ表面
   の接触点から前記レーザビーム光軸と前記金属ス
   トリツプ表面との交点までの距離ｃ：0.5〜５mm、 前記案内ガイドの先端から前記レーザビーム光
   軸と前記金属ストリツプ表面との交点までの距離
   ｄ：20mm以内、 の条件で、しかも、溶接方向に対して反対の方向
   から供給することを特徴とする金属ストリツプの
   レーザビームによる突き合わせ溶接時のフイラー
   ワイヤの供給方法。