WO2017122681A1 - レーザ重ね溶接方法 - Google Patents
レーザ重ね溶接方法 Download PDFInfo
- Publication number
- WO2017122681A1 WO2017122681A1 PCT/JP2017/000635 JP2017000635W WO2017122681A1 WO 2017122681 A1 WO2017122681 A1 WO 2017122681A1 JP 2017000635 W JP2017000635 W JP 2017000635W WO 2017122681 A1 WO2017122681 A1 WO 2017122681A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- laser
- welding
- scanning
- end portion
- welding end
- Prior art date
Links
- 238000003466 welding Methods 0.000 title claims abstract description 151
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 36
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims abstract description 13
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000007711 solidification Methods 0.000 abstract description 16
- 230000008023 solidification Effects 0.000 abstract description 16
- 238000005336 cracking Methods 0.000 abstract description 8
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 7
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- B23K26/20—Bonding
- B23K26/21—Bonding by welding
- B23K26/24—Seam welding
- B23K26/244—Overlap seam welding
-
- 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
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
- B23K26/0665—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by beam condensation on the workpiece, e.g. for focusing
-
- 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
- B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
- B23K26/082—Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head
-
- 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
- B23K26/20—Bonding
- B23K26/21—Bonding by welding
- B23K26/24—Seam welding
- B23K26/28—Seam welding of curved planar seams
Definitions
- the present invention relates to a laser lap welding method in which a plurality of stacked workpieces are welded by irradiating a laser to a welding scanning section from a welding start end to a terminal end of one surface.
- a laser head 4 is linearly scanned on one side surface 3 of two steel plate workpieces 1 and 2 and irradiated with a laser L.
- the metal of the workpiece 1 is locally melted, and the molten metal 5a is welded to the other-side workpiece 2 through the plate gap d and solidifies to weld the workpieces 1 and 2.
- the laser diameter is maintained constant by making the irradiation diameter ⁇ A of the laser L irradiated to the one side surface 3 substantially the same at the welding start end, on the way from the start end to the welding end portion, and throughout the welding end portion.
- the laser beam energy efficiency is improved by setting the smallest condensing diameter (focus state) that maximizes the energy density of the laser beam.
- sink marks 6 were generated on the one side surface 3, which caused the joint strength of the workpieces 1 and 2 to decrease. In this way, sink marks 6 can be formed at the welding end portions of the workpieces 1 and 2 while the metal 5a melted by locally irradiating the laser L continuously while chasing into the sink marks 6 forward in the welding scanning direction. It is welded and driven into the sink 6, and the molten metal 5a cools from the surroundings and solidifies.
- An object of the present invention is a laser lap welding method in which a plurality of stacked workpieces are welded by irradiating a laser to a scanning section from a welding start end to a welding end portion on one side surface. It is to prevent the solidification cracking easily and increase the bonding strength of the stacked workpieces.
- a sink 6 is formed in the center of the weld bead 5 along the scanning direction X in an elongated shape in plan view.
- the inventors of the present invention performed a linear scan as described above, and when the laser irradiation position reaches the welding end portion, the laser irradiation is not stopped and the workpiece is circular in plan view around the thickness direction axis of the workpiece at the end portion.
- a plurality of stacked workpieces 10 and 11 are arranged in a linear scanning section from the welding start end S to the welding end portion E of the one side surface 10a.
- This is a laser lap welding method in which laser L is welded by scanning and irradiating linearly, and reaches the welding end E when it reaches the laser output control position a certain time before reaching the welding end E. Until the welding end point E is reached, and then the end of the workpiece is rotated around the axis of the workpiece in the thickness direction to make the molten metal into a circular shape. It is made to flow.
- the invention according to claim 2 is the laser lap welding method according to claim 1, for example, as shown in the embodiment shown below, when the laser irradiation position reaches the laser output control position, scanning is performed linearly. Then, the scanning speed for irradiating the laser L is gradually increased, and control is performed so that the energy density of the laser beam irradiated until the laser beam reaches the welding end E is gradually lowered.
- the rotational scanning of the laser at the welding terminal reaches the welding terminal. It is characterized in that it is performed at a lower speed than the scanning speed of the laser beam that is irradiated linearly before the laser irradiation and at a lower output than the laser output beam irradiated linearly.
- the output of the laser to be irradiated is gradually increased until reaching the welding end portion. Since the welding depth is gradually reduced, the penetration depth of the welded part gradually decreases, so the frequency of opening of through holes at the end of the weld can be reduced, and the amount of overlapped workpieces can be reduced accordingly. Bonding strength can be increased.
- the laser irradiation position reaches the welding end portion in such a linear scan
- the laser irradiation is scanned for a certain period of time around the axis in the thickness direction of the workpiece without stopping the laser irradiation for a certain period of time, and the molten portion of the molten metal is
- the molten part begins to solidify at the end of the weld because it flows in a circular shape
- the molten metal is swirled by rotating around the thickness direction axis of the stacked workpieces in a circular fashion and mixing the molten part.
- the laser scanning is performed by gradually increasing the scanning speed of the linearly irradiating laser.
- the energy supplied to the laser irradiated portion is reduced, and as a result, the same effect as that of gradually reducing the laser output can be obtained. That is, when the laser irradiation position reaches the output control position before reaching the welding end portion by linear scanning, the energy density of the laser beam to be irradiated is controlled so as to gradually decrease until reaching the welding end portion. Therefore, since the penetration depth of the welded part gradually becomes shallower, it is possible to reduce the occurrence frequency of the hole opening that causes the through hole to open at the welding end portion, and to increase the joint strength of the overlapped workpieces accordingly. .
- the laser that scans the laser at the welding end is irradiated at a lower speed than the scanning speed at which the laser is irradiated linearly before reaching the welding end.
- the energy supplied to the laser irradiated part at the end of the weld per unit time increases, and as a result, the molten metal melted part flows more effectively into a circle and melts. Effectively equalizes the tensile stress generated when the metal solidifies.
- the metal melted at the welding end is solidified in a linear fashion, and the concentration of tensile stress on sink marks is suppressed. It is possible to prevent a solidification crack from occurring due to a crack from a concave sink.
- the welding work process from the welding start end S to the terminal end E is performed on the stacked workpieces 10 and 11, the welding start end S of the one side surface 10 a.
- welding is performed by scanning the laser in a certain linear scanning section from the welding end portion E to the welding end portion E and irradiating it in a straight line, when reaching the laser output control position before reaching the welding end portion E, the welding end portion E
- the laser beam is controlled so that the output of the laser beam gradually decreases until it reaches the point, and then the rotation of the welding end E is rotated around the workpiece thickness direction axis so that the molten metal flows in a circular shape.
- any workpiece may be used as long as it has a plate-like portion that overlaps each other at the welding site, and either one of them overlaps a part of the plate-like body or both even if they are not entirely plate-like plates. Even a workpiece having a plate-like portion can be employed.
- adopts in the form which two plate-shaped workpieces 10 and 11 are overlapped and welded it is also employ
- the laser lap welding method of the present invention is implemented using a laser welding apparatus, and as shown in FIG.
- the other panel parts 11 are welded to produce, for example, a steel plate frame F for an automobile body.
- a control device C and a welding head H used in a welding process for performing welding based on the corrected teaching position data are provided.
- a steel plate frame F manufactured by using the laser lap welding method of the present invention uses a thin steel plate, as shown in FIG. 2, a frame main body 13 having a U-shaped cross section, and a frame main body 13.
- the panel part 11 joined to the flange 15 of the frame part 10 press-molded into a hat-shaped cross section consisting of flanges 15 bent from both side edges of the web (vertical wall part) 14 is opposed to the flange. 12 is manufactured by welding in the vicinity.
- the steel plates used for the stacked workpieces 10 and 11 have a plate thickness in the range of 0.6 mm to 3 mm, and the laser L output is set in the range of 2 kW to 6 kW.
- the welding scanning speed of H depends on the plate thickness of the workpieces 10 and 11, but the laser output is 2 kW, the laser irradiation diameter of the workpiece 10 surface 10 a at the welding start end S is 0.6 mm, and the plate thickness of the workpieces 10 and 11. If is 0.7mm, set to 2m / min.
- the laser welding apparatus includes a welding robot R and a control device C that drives and controls the welding robot R.
- the welding robot R performs welding by a remote laser welding method in which a laser L is emitted from a remote position away from the welding position of the torch of the laser welding head H.
- the control device C electrically controls the entire laser welding apparatus, electrically connects to a welding jig for positioning and holding a welding part at a predetermined set position, and drives the servo motor via a robot controller to perform laser welding.
- the head H is operated and the laser oscillator of the light source is controlled so that line laser light is emitted from the laser irradiation unit and lap welding is performed.
- control device C detects whether or not a predetermined time has elapsed after the start of laser irradiation, and the laser irradiation position has reached a certain output control position before reaching the welding end E (step S3). That is, when the laser irradiation position is reached before reaching the welding end E, for example, when the laser output control position is 0.1 seconds before, the output of the laser is gradually lowered toward the welding end E. Control is performed as follows (step S4). For example, the irradiation diameter of the laser L irradiating the one side surface 3 is gradually reduced toward the welding start end S, the intermediate portion from the start end to the welding end portion E, and the welding end portion E. Since the penetration depth gradually becomes shallower, the frequency of occurrence of opening of through holes in the welding end E can be reduced, and the joining strength of the stacked workpieces 10 and 11 can be increased accordingly.
- the laser scanning is performed by gradually increasing the scanning speed of the linearly irradiated laser, The energy density of the laser beam irradiated to the laser irradiation position per unit time is reduced, and as a result, the same effect as that of gradually reducing the laser output can be obtained.
- a weld bead having a better shape can be obtained by using a down slope or a fade down that lowers the laser output continuously or stepwise.
- step S5 Second pass: rotational scanning step B
- the control device C does not stop the laser irradiation and proceeds in the thickness direction.
- circular scanning is performed in a circular shape in plan view for a certain time (for example, 0.19 seconds), and the molten portion of the molten metal is caused to flow circularly (step S6).
- laser welding is finished (step S7).
- the laser irradiation is not stopped and the workpiece is circularly viewed for a certain period of time around the axis in the thickness direction of the workpiece. Since the molten metal melts and flows in a circular shape, even if the molten part begins to cool and solidify, the metal melted part flows by rotating around the axis in the thickness direction of the stacked workpieces. By stirring the molten metal, the tensile stress generated when the molten metal solidifies is made uniform, and the molten metal solidifies linearly in the linear laser scanning direction and prevents the tensile stress from concentrating on sink marks. In addition, it is possible to effectively prevent a solidification crack from occurring due to a crack that is deeply dented in the V-groove shape at the welding end portion.
- this rotational scanning step B the rotational scanning of the laser at the welding end E is performed at a speed lower than the scanning speed at which the laser is irradiated in a straight line before reaching the welding end E. It is desirable that the output is lower than the laser output for linear irradiation. Therefore, according to this embodiment, the laser output at which the laser scanning at the welding end is performed linearly at a lower speed than the scanning speed at which the laser is irradiated linearly before reaching the welding end. By performing at a lower output, the energy density of the laser supplied to the laser irradiated part at the end of the weld per unit time increases, and as a result, the molten metal molten portion flows more effectively into a circle.
- the rotational scanning direction of the laser is counterclockwise in FIG. 1, but the rotational scanning of the molten metal is performed by rotating the workpiece around the welding end portion E around the thickness direction axis. If the molten portion is allowed to flow in a circular shape, it may be rotated in the opposite clockwise direction, and the direction of rotational scanning is not limited.
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
【課題】複数重ねたワークを、一側表面の溶接開始端から溶接終端部までの走査区間にレーザを照射して溶接を行うレーザ重ね溶接方法において、レーザ走査の溶接終端部に起こり易い凝固割れを防止して重ね合わせワークの接合強度を上げる。 【解決手段】複数重ねたワーク１０、１１を、一側表面１０ａの溶接開始端Ｓから溶接終端部Ｅまでの直線走査区間にレーザＬを走査して直線状に照射することにより溶接を行うレーザ重ね溶接方法であって、溶接終端部Ｅに到達する一定時間手前のレーザ出力制御位置に至ると、溶接終端部Ｅに到達するまで照射するレーザの出力が徐々に下がるように制御し、次いで、溶接終端部Ｅに到達すると、その終端部のワークの厚さ方向軸線周りに回転走査して溶融金属の溶融部分を円形状に流動させる。
Description
本発明は、複数重ねたワークを、一側表面の溶接開始端から終端部までの溶接走査区間にレーザを照射して溶接を行うレーザ重ね溶接方法に関する。
一般に、この種のレーザ重ね溶接では、例えば図７に示すように、二枚重ねた鋼板製ワーク１、２の一側表面３にレーザヘッド４を直線的に走査してレーザＬを照射し、一側ワーク１の金属を局部的に溶融し、その溶融した金属５ａが板隙間ｄを介して他側ワーク２に溶着し、凝固することによりワーク１、２を溶接される。そのとき、一側表面３に照射するレーザＬの照射径ΦAは、溶接開始端と、その開始端から溶接終端部に至る途中および溶接終端部を通じて略同一にすることによりレーザ出力を一定に維持し、そのレーザ光のエネルギー密度が最大となる最も小さい集光径（フォーカス状態）に設定ししてレーザエネルギーの出力効率を良好にしている。
しかし、従来のレーザ重ね溶接では、レーザ出力を溶接開始端から終端部までの間、レーザ出力を所定区間一定に維持すると、例えば図８に示すように、溶接終端部のにおいながら揺冊して、一側表面３にヒケ６が発生し、それが原因でワーク１、２の接合強度が低下していた。このようにこうしてワーク１、２の溶接終端部にヒケ６ができるのは、レーザＬを局部的に連続照射して溶融した金属５ａを、溶接走査方向前方のヒケ６内に追いやりながら追い遣りながら溶接し、ヒケ６内に追いやられて溶融金属５ａが周りから順次冷えて凝固する。一方、溶接終端部まで、前方からヒケ６内に十分に溶融金属５ａが供給されないために、ヒケ６内を完全に埋めるだけの材料が不足し、溶融した金属材料５ａが周りから順に冷えて凝固しつつ収縮していくと、その中央部分の厚さ方向にヒケ６が発生し、場合によって貫通穴が開いている。
そこで、従来は、レーザが溶接終端部に到達したとき、即座にレーザ照射を止めるのではなく、特許文献１に記載するように、レーザ出力を溶接終端部Ｅに向かうに従い徐々に低下させる溶接方法が採られている。こうして溶接ビード５の溶接終端部において、レーザ出力を徐々に下げると、溶け込み深さが徐々に浅くなるので、確かに溶接終端部における穴開き発生頻度は減少する。
ところが、上記従来のレーザ重ね溶接方法では、溶接終端部における穴開き発生頻度が減少しても、図９（Ａ）に示すように、依然として、溶接ビード５の溶融した金属５ａが冷めて溶接走査方向Ｘに沿って細長く凝固し、この溶融した金属５ａが凝固する際に、比較的深く凹んだヒケ６がワーク１の表面上の溶接終端部に発生し、しかも、ヒケ６には、図９（Ｂ）に示すように、他側ワーク２との板隙間ｄ寄りに深く亀裂（内部亀裂）ｒを生じる凝固割れを起こし、この凝固割れが原因で重ねたワーク１、２の接合強度が低下するという課題があった。
本発明の目的は、複数重ねたワークを、一側表面の溶接開始端から溶接終端部までの走査区間にレーザを照射して溶接を行うレーザ重ね溶接方法において、レーザ走査の溶接終端部に起こり易い凝固割れを防止して重ね合わせワークの接合強度を上げることにある。
そのため、本発明者らは、鋭意研究実験を重ね、複数重ねたワークの一側表面にレーザを照射して重ね溶接したときに溶接終端部に発生しやすい凝固割れの発生メカニズムを明らかにした。即ち、凝固割れは、例えば図６に（Ａ）に示すように、溶接終端部において、一側表面３のレーザの照射を止めてレーザ重ね溶接を終了すると、（Ｂ）溶接ビード５の溶融した金属５ａが順次周囲より冷えて凝固を開始しながら収縮して引張応力Ｐを発生し、（Ｃ）その溶接ビード５の中央部分に走査方向Ｘに沿って平面視細長にヒケ６が形成されるが、溶融金属５ａの凝固が直線状に進むに従い引張応力Ｐが増強し、すると、強い引張応力Ｐによって溶融金属５ａが次第に薄くなって凹みだし、（Ｄ）ヒケ６が始め底浅な凹溝状から底深い鋭角なＶ溝形状に変形し、Ｖ溝形状を呈するヒケ６に引張応力Ｐが集中するから、それが原因により溶接終端部でＶ溝形状に深く凹んだヒケ６から走査方向に長い亀裂ｒを生じて凝固割れが起こることを解明した。
そこで、本発明者らは、上述のように直線走査してレーザ照射位置が溶接終端部に至ると、レーザ照射を止めずに、その終端部でのワークの厚さ方向軸線周りに平面視円形に一定時間回転走査し、溶融金属の溶融部分を円形に掻き混ぜて溶融金属が凝固し始めるときに生ずる引張応力を均一化し、これにより、溶融した金属が直線的にレーザ走査の方向に向け線状に凝固して凹溝状のヒケに引張応力が集中するのを阻止し、溶接終端部でＶ溝形状に凹んだヒケから亀裂を生じて凝固割れが起こるのを防止できるという知見を得た。即ち、溶融した金属が凝固するときに生ずる引張応力が原因で起こる凝固割れの現象を利用することにより、上述した従来の課題を解決することできることが判り、本発明を完成するに至った。
即ち、請求項１に係る発明は、たとえば以下に示す図示実施の形態のとおり、複数重ねたワーク１０、１１を、一側表面１０ａの溶接開始端Ｓから溶接終端部Ｅまでの直線走査区間にレーザＬを走査して直線状に照射することにより溶接を行うレーザ重ね溶接方法であって、溶接終端部Ｅに到達する一定時間手前のレーザ出力制御位置に至ると、溶接終端部Ｅに到達するまで照射するレーザの出力が徐々に下がるように制御し、次いで、溶接終端部Ｅに到達すると、その終端部のワークの厚さ方向軸線周りに回転走査して溶融金属の溶融部分を円形状に流動させることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のレーザ重ね溶接方法において、たとえば以下に示す図示実施の形態のとおり、レーザ照射位置が前記レーザ出力制御位置に至ると、直線状に走査してレーザＬを照射する走査速度を徐々に高速にして溶接終端部Ｅに到達するまで照射するレーザ光のエネルギー密度が徐々に下がるように制御することを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のレーザ重ね溶接方法において、たとえば以下に示す図示実施の形態のとおり、前記溶接終端部でのレーザの回転走査を、前記溶接終端部に到達する前の直線状に照射するレーザの走査速度より低速度で且つ直線状に照射するレーザ出力より低出力で行うことを特徴とする。
請求項１に記載の発明によれば、レーザを直線走査してレーザ照射位置が溶接終端部に到達する手前の出力制御位置に至ると、溶接終端部に到達するまで照射するレーザの出力が徐々に下がるように制御して溶接するから、その溶接部位の溶け込み深さが徐々に浅くなるので、溶接終端部に貫通穴が開く穴開きの発生頻度を減少させることができ、それだけ重ね合わせワークの接合強度を上げることができる。次いで、そのように直線走査してレーザ照射位置が溶接終端部に至ると、レーザ照射を止めずにワークの厚さ方向軸線周りに平面視円形に一定時間回転走査し、溶融金属の溶融部分を円形に流動させるから、その溶融部分が溶接終端部で凝固し始めるとき、重ねたワークの厚さ方向軸線周りを円形に回転走査して金属の溶融部分を流動させて掻き混ぜることにより、溶融金属が凝固するときに発生する引張応力を均一化し、溶融した金属が直線的なレーザ走査方向に向け線状に凝固してヒケに引張応力が集中するのを阻止し、溶接終端部でＶ溝形状に深く凹んだヒケから亀裂を生じて凝固割れが起こるのを効果的に防止することができる。
請求項２に記載の発明によれば、溶接終端部に到達する手前のレーザ出力制御位置に至ると、直線状に照射するレーザの走査速度を徐々に高速にしてレーザ走査することで、単位時間当たりにレーザ被照射部位に供給されるエネルギーが減少し、結果的にレーザ出力を徐々に低減させるのと同様の効果が得られる。即ち、直線走査してレーザ照射位置が溶接終端部に到達する手前の出力制御位置に至ると、溶接終端部に到達するまで照射するレーザ光のエネルギー密度が徐々に下がるように制御して溶接するから、その溶接部位の溶け込み深さが徐々に浅くなるので、溶接終端部に貫通穴が開いてしまう穴開きの発生頻度を減少させることができ、それだけ重ね合わせワークの接合強度を上げることができる。
請求項３に記載の発明によれば、溶接終端部でのレーザの回転走査を、溶接終端部に到達する前の直線状にレーザを照射する走査速度より低速度で且つ直線状に照射するレーザ出力より低出力で行うことで、単位時間当たりに溶接終端部のレーザ被照射部位に供給されるエネルギーが増大するため、結果的に溶融金属の溶融部分がより効果的に円形に流動し、溶融金属が凝固するときに発生する引張応力を効果的に均一化し、その結果、溶接終端部で溶融した金属が線状に凝固してヒケに引張応力が集中するのを抑制し、溶接終端部に凹んだヒケから亀裂を生じて凝固割れが起こるのを防止することができる。
以下、本発明を実施するための形態を図１～図６に基づいて詳細に説明する。なお、従来例と同一部材は、同一符号を付して説明する。
本発明の実施形態に係るレーザ重ね溶接方法は、図１に溶接開始端Ｓから終端部Ｅの溶接加工プロセスを示すように、重ねたワーク１０、１１を、一側表面１０ａの溶接開始端Ｓから溶接終端部Ｅまでの一定の直線走査区間にレーザを走査して直線状に照射することにより溶接を行い、溶接終端部Ｅに到達する手前のレーザ出力制御位置に至ると、溶接終端部Ｅに到達するまで照射するレーザの出力が徐々に下がるように制御し、次いで、溶接終端部Ｅのワークの厚さ方向軸線周りに回転走査して溶融金属の溶融部分を円形状に流動させる設定にする。
本実施の形態では、溶接部位に互いが重なり合う板状部を有するワークであればよく、双方が全体にプレートの板状体でなくとも、いずれか一方が板状体又は双方とも一部に重ね合う板状部を有したワークであっても採用することができる。また、本実施の形態では、板状のワーク１０、１１が２枚重ね合わされて溶接される形態に採用されるが、板状のワークが３枚重ね合わせて溶接する実施形態にも採用することができる。
そこで、図示実施の形態では、図２に示すように、レーザ溶接装置を使用して本発明のレーザ重ね溶接方法を実施し、図３に示すように、重ね合うワークの断面ハット形フレーム部品１０に他のパネル部品１１を溶接し、例えば自動車用車体の鋼板製フレームＦを製造するものとする。制御装置Ｃと、補正教示位置データに基づいて溶接を行う溶接工程で用いる溶接ヘッドＨを備える。
図示実施の形態において、本発明のレーザ重ね溶接方法を用いて製造する鋼板製フレームＦは、薄鋼板を用いて、図２に示すように、断面コ形状をなすフレーム本体１３と、フレーム本体１３のウェブ（縦壁部）１４の両側縁から曲げ延びるフランジ１５とからなる断面ハット型にプレス成形したフレーム部品１０のフランジ１５に、該フランジと対向して接合するパネル部品１１を、Ｒ止まり位置１２の近傍に溶接して製造する。
図示実施の形態では、重ね合わせワーク１０、１１に使用される鋼板は、板厚が0.6mm~3mmの範囲内で、レーザＬの出力は、2kW~6kWの範囲内に設定し、レーザ溶接ヘッドＨの溶接走査速度は、ワーク１０、１１の板厚等に依存されるが、レーザ出力が2kW、溶接開始端Ｓにおけるワーク１０表面１０ａのレーザ照射径が0.6mmおよびワーク１０、１１の板厚が0.7mmの場合には、2m/minに設定する。
そこで、レーザ溶接装置は、溶接ロボットＲと、溶接ロボットＲを駆動制御する制御装置Ｃを備える。溶接ロボットＲは、レーザ溶接ヘッドＨのトーチを溶接位置から離れた離隔位置からレーザＬを出射するリモートレーザ溶接方式により溶接を行う。
制御装置Ｃは、レーザ溶接装置全体を電気的にコントロールし、溶接部品を所定セット位置に位置決め保持する溶接治具と電気的に接続し、ロボットコントローラを介してサーボモータを駆動制御してレーザ溶接ヘッドＨを動作すると共に光源のレーザ発振器を制御してレーザ照射部からラインレーザ光を出射して重ね溶接を実行する構成になっている。
さて、上述した構成のレーザ溶接装置を用い、断面ハット形にプレス成形したフレーム部品１０のフランジ１５に、フランジ１５と重ね合わせて接合する他のパネル部品１１を、Ｒ止まり位置の近傍において重ね溶接して鋼板製フレームＦを製造するレーザ重ね溶接方法について、図１、図４および図５に基づき、以下に説明する。
（１）第１パス：直線走査工程Ａ
まず、本実施の形態に係るレーザ重ね溶接は、断面ハット形フレーム部品１０のフランジ１５に接合する他のパネル部品１１を、厚さ方向上下に重ね合わせた状態で溶接冶具上の所定セット位置に位置決めセットしてから、一側表面１０ａにレーザＬを走査して上方から照射する（ステップＳ１）。このとき、レーザは、溶接開始端Ｓから一定のレーザ出力で且つ一定の走査速度で直線状に走査を開始し、溶接終端部Ｅまで一定の直線走査区間に亘りレーザを直線状に照射する（ステップＳ２）。
まず、本実施の形態に係るレーザ重ね溶接は、断面ハット形フレーム部品１０のフランジ１５に接合する他のパネル部品１１を、厚さ方向上下に重ね合わせた状態で溶接冶具上の所定セット位置に位置決めセットしてから、一側表面１０ａにレーザＬを走査して上方から照射する（ステップＳ１）。このとき、レーザは、溶接開始端Ｓから一定のレーザ出力で且つ一定の走査速度で直線状に走査を開始し、溶接終端部Ｅまで一定の直線走査区間に亘りレーザを直線状に照射する（ステップＳ２）。
その後、制御装置Ｃは、レーザ照射開始後、所定時間を経過し、レーザ照射位置が溶接終端部Ｅに到達する手前の一定の出力制御位置に至った否かを検知する（ステップＳ３）。即ち、レーザを直線走査して照射する位置が溶接終端部Ｅに到達する手前、例えば0.1秒前のレーザ出力制御位置に至ると、照射するレーザの出力が溶接終端部Ｅに向かうに従い徐々に下がるように制御する（ステップＳ４）。例えば一側表面３に照射するレーザＬの照射径を、溶接開始端Ｓと、その開始端から溶接終端部Ｅに至る途中部位および溶接終端部Ｅへ向かうに従い徐々に低減し、各溶接部位の溶け込み深さが徐々に浅くなるので、溶接終端部Ｅに貫通穴が開く穴開きの発生頻度を減少させることができ、それだけ重ね合わせワーク１０、１１の接合強度を上げることができる。
更に、本実施の形態では、レーザ照射位置が溶接終端部Ｅに到達する手前のレーザ出力制御位置に至ると、直線状に照射するレーザの走査速度を徐々に高速にしてレーザ走査することで、単位時間当たりにレーザ照射位置に照射されるレーザ光のエネルギー密度が減少し、結果的にレーザ出力を徐々に低減させるのと同様の効果が得られる。
尚、本実施の形態では、レーザ出力を連続的に又は段階的に低下させるダウンスロープ或いはフェードダウンを併用することで、一層良好な形状の溶接ビードが得られる。
（２）第２パス：回転走査工程Ｂ
次いで、本実施の形態では、直線走査工程Ａを経て後、直線走査してレーザ照射位置が溶接終端部Ｅに至ると（ステップＳ５）、制御装置Ｃは、レーザ照射を止めずに厚さ方向軸線周りに平面視円形に一定時間（例えば０．１９秒）回転走査し、溶融金属の溶融部分を円形に流動させる（ステップＳ６）。以って、レーザ溶接を終了する（ステップＳ７）。
次いで、本実施の形態では、直線走査工程Ａを経て後、直線走査してレーザ照射位置が溶接終端部Ｅに至ると（ステップＳ５）、制御装置Ｃは、レーザ照射を止めずに厚さ方向軸線周りに平面視円形に一定時間（例えば０．１９秒）回転走査し、溶融金属の溶融部分を円形に流動させる（ステップＳ６）。以って、レーザ溶接を終了する（ステップＳ７）。
本実施の形態では、直線走査工程Ａを経て後、直線走査してレーザ照射位置が溶接終端部Ｅに至ると、レーザ照射を止めず、ワークの厚さ方向軸線周りに平面視円形に一定時間回転走査し、溶融金属の溶融部分を円形状に流動させるから、その溶融部分が冷えて凝固し始めても、重ねたワークの厚さ方向軸線周りを円形に回転走査して金属の溶融部分を流動させて掻き混ぜることにより、溶融金属が凝固するときに発生する引張応力を均一化し、溶融した金属が直線的なレーザ走査方向に向け線状に凝固してヒケに引張応力が集中するのを阻止し、溶接終端部でＶ溝形状に深く凹んだヒケから亀裂を生じて凝固割れが起こるのを効果的に防止することができる。
尚、本実施の形態では、この回転走査工程Ｂにおいて、溶接終端部Ｅでのレーザの回転走査を、溶接終端部Ｅに到達する前の直線状にレーザを照射する走査速度より低速度で且つ直線状に照射するレーザ出力より低出力で行うことが望ましい。従って、本実施の形態によれば、溶接終端部でのレーザの回転走査を、溶接終端部に到達する前の直線状にレーザを照射する走査速度より低速度で且つ直線状に照射するレーザ出力より低出力で行うことで、単位時間当たりに溶接終端部のレーザ被照射部位に供給されるレーザのエネルギー密度が増大するため、結果的に溶融金属の溶融部分がより効果的に円形に流動し、溶融金属が凝固するときに発生する引張応力を効果的に均一化し、その結果、溶接終端部で溶融した金属が線状に凝固してヒケに引張応力が集中するのを抑制し、溶接終端部に凹んだヒケから亀裂を生じて凝固割れが起こるのを防止することができる。
尚、図示例では、回転走査工程Ｂにおいて、レーザの回転走査方向が図１中反時計方向であったが、溶接終端部Ｅでのワークの厚さ方向軸線周りに回転走査して溶融金属の溶融部分を円形状に流動させるのであれば、反対の時計方向に回転走査しても良く、回転走査の方向は問われない。
Ａ 直線走査工程
Ｂ 回転走査工程
Ｃ 制御装置
Ｅ 溶接終端部
Ｆ 鋼板製フレーム
Ｌ レーザ
Ｈ レーザ溶接ヘッド
Ｐ 引張応力
Ｓ 溶接開始端
Ｘ 走査方向
６ ヒケ
１０・１１ ワーク
Ｂ 回転走査工程
Ｃ 制御装置
Ｅ 溶接終端部
Ｆ 鋼板製フレーム
Ｌ レーザ
Ｈ レーザ溶接ヘッド
Ｐ 引張応力
Ｓ 溶接開始端
Ｘ 走査方向
６ ヒケ
１０・１１ ワーク
Claims (3)
- 複数重ねたワークを、一側表面の溶接開始端から溶接終端部までの直線走査区間にレーザＬを走査して直線状に照射することにより溶接を行うレーザ重ね溶接方法であって、
溶接終端部に到達する一定時間手前のレーザ出力制御位置に至ると、溶接終端部に到達するまで照射するレーザの出力が徐々に下がるように制御し、次いで、溶接終端部Ｅに到達すると、その終端部のワークの厚さ方向軸線周りに回転走査して溶融金属の溶融部分を円形状に流動させることを特徴とする、レーザ重ね溶接方法。 - 前記レーザ照射位置が前記レーザ出力制御位置に至ると、直線状に走査してレーザLを照射する走査速度を徐々に高速にして溶接終端部に到達するまで照射するレーザ光のエネルギー密度が徐々に下がるように制御することを特徴とする、請求項１に記載のレーザ重ね溶接方法。
- 前記溶接終端部でのレーザの回転走査を、前記溶接終端部に到達する前の直線状に照射するレーザの走査速度より低速度で且つ直線状に照射するレーザ出力より低出力で行うことを特徴とする、請求項１又は２記載のレーザ重ね溶接方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US15/568,141 US11084125B2 (en) | 2016-01-12 | 2017-01-11 | Laser welding method for welding overlapped plural welding workpieces |
| CN201780000922.4A CN107427962B (zh) | 2016-01-12 | 2017-01-11 | 激光叠焊方法 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016003251A JP6203297B2 (ja) | 2016-01-12 | 2016-01-12 | レーザ重ね溶接方法 |
| JP2016-003251 | 2016-01-12 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2017122681A1 true WO2017122681A1 (ja) | 2017-07-20 |
Family
ID=59311088
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2017/000635 WO2017122681A1 (ja) | 2016-01-12 | 2017-01-11 | レーザ重ね溶接方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11084125B2 (ja) |
| JP (1) | JP6203297B2 (ja) |
| CN (1) | CN107427962B (ja) |
| WO (1) | WO2017122681A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022208670A1 (ja) | 2021-03-30 | 2022-10-06 | 日本製鉄株式会社 | ブランク、ブランクの製造方法及び部材 |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110914014B (zh) * | 2017-06-13 | 2021-07-20 | 通用汽车环球科技运作有限责任公司 | 用于使用焊接路径的组合激光焊接金属工件的方法 |
| JP6950421B2 (ja) * | 2017-09-29 | 2021-10-13 | 株式会社アイシン | ロータの製造方法およびロータ |
| JPWO2019151540A1 (ja) * | 2018-01-31 | 2020-12-17 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 三次元形状造形物の製造方法 |
| JP7087647B2 (ja) * | 2018-05-08 | 2022-06-21 | トヨタ自動車株式会社 | レーザ溶接方法 |
| JP7081324B2 (ja) * | 2018-06-19 | 2022-06-07 | トヨタ自動車株式会社 | レーザ溶接方法および溶接構造体 |
| JP6898287B2 (ja) * | 2018-10-19 | 2021-07-07 | フタバ産業株式会社 | 溶接方法 |
| KR102164134B1 (ko) * | 2018-12-18 | 2020-10-12 | 주식회사 포스코 | 고탄소 박강판의 레이저 용접 방법 |
| JP6999946B2 (ja) * | 2019-03-28 | 2022-01-19 | デルタ工業株式会社 | レーザ溶接装置およびレーザ溶接方法 |
| CN115138866B (zh) * | 2022-06-23 | 2023-05-23 | 湖南华曙高科技股份有限公司 | 一种增材制造多激光轮廓搭接方法及其系统 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012170989A (ja) * | 2011-02-22 | 2012-09-10 | Suzuki Motor Corp | レーザ重ね溶接方法 |
| JP2012228715A (ja) * | 2011-04-26 | 2012-11-22 | Toyota Motor Corp | レーザ溶接装置およびレーザ溶接方法 |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4015100A (en) * | 1974-01-07 | 1977-03-29 | Avco Everett Research Laboratory, Inc. | Surface modification |
| DE10349677B4 (de) * | 2003-02-28 | 2009-05-14 | Daimler Ag | Verfahren zum Laserstrahlschweißen mit reduzierter Bildung von Endkratern |
| JP5114874B2 (ja) * | 2005-09-30 | 2013-01-09 | 日産自動車株式会社 | レーザ溶接方法およびレーザ溶接装置 |
| JP2007268576A (ja) * | 2006-03-31 | 2007-10-18 | Hitachi Via Mechanics Ltd | レーザ加工方法 |
| JP2007313544A (ja) | 2006-05-26 | 2007-12-06 | Pioneer Electronic Corp | ビーム溶接装置、及びビーム溶接方法 |
| JP4753048B2 (ja) * | 2007-04-16 | 2011-08-17 | トヨタ自動車株式会社 | 重ね合わせワークのレーザ溶接方法 |
| JP5766423B2 (ja) * | 2010-10-15 | 2015-08-19 | 三菱重工業株式会社 | レーザ切断装置及びレーザ切断方法 |
| JP5609632B2 (ja) * | 2010-12-27 | 2014-10-22 | スズキ株式会社 | レーザ重ね溶接方法 |
| JP2013215755A (ja) * | 2012-04-05 | 2013-10-24 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corp | レーザ溶接方法、重ね溶接継手、及びレーザ溶接装置 |
| CA2936787C (en) * | 2014-02-06 | 2019-01-15 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Lap welding method, lap joint, production method of lap joint, and an automobile part |
-
2016
- 2016-01-12 JP JP2016003251A patent/JP6203297B2/ja active Active
-
2017
- 2017-01-11 US US15/568,141 patent/US11084125B2/en active Active
- 2017-01-11 CN CN201780000922.4A patent/CN107427962B/zh active Active
- 2017-01-11 WO PCT/JP2017/000635 patent/WO2017122681A1/ja active Application Filing
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012170989A (ja) * | 2011-02-22 | 2012-09-10 | Suzuki Motor Corp | レーザ重ね溶接方法 |
| JP2012228715A (ja) * | 2011-04-26 | 2012-11-22 | Toyota Motor Corp | レーザ溶接装置およびレーザ溶接方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022208670A1 (ja) | 2021-03-30 | 2022-10-06 | 日本製鉄株式会社 | ブランク、ブランクの製造方法及び部材 |
| KR20230162663A (ko) | 2021-03-30 | 2023-11-28 | 닛폰세이테츠 가부시키가이샤 | 블랭크, 블랭크의 제조 방법 및 부재 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20180079031A1 (en) | 2018-03-22 |
| US11084125B2 (en) | 2021-08-10 |
| JP2017124402A (ja) | 2017-07-20 |
| CN107427962A (zh) | 2017-12-01 |
| JP6203297B2 (ja) | 2017-09-27 |
| CN107427962B (zh) | 2023-09-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6203297B2 (ja) | レーザ重ね溶接方法 | |
| JP4753048B2 (ja) | 重ね合わせワークのレーザ溶接方法 | |
| US10005156B2 (en) | Laser welding apparatus and laser welding method | |
| US20120211474A1 (en) | Laser lap welding method | |
| US20180221989A1 (en) | Laser welding method | |
| CN109202287B (zh) | 激光焊接方法及激光焊接装置 | |
| US20180214983A1 (en) | Method for laser welding aluminum workpieces | |
| JP5495118B2 (ja) | 亜鉛めっき鋼板のレーザ重ね溶接方法 | |
| US20200122271A1 (en) | Welding method | |
| US20210060702A1 (en) | Laser welded aluminum blanks | |
| JP2007136489A (ja) | 異材の溶接方法 | |
| JP2005254282A (ja) | レーザーによる突合せ溶接金属板の製造方法 | |
| CN110325316A (zh) | 用于使激光焊接接头表面平滑的方法 | |
| JP2011230158A (ja) | 亜鉛めっき鋼板のレーザ重ね溶接方法 | |
| CN103476535A (zh) | 激光焊接方法 | |
| JP2006218497A (ja) | 板材のレーザー溶接方法 | |
| JP2012135796A (ja) | 突き合わせ溶接方法 | |
| JP2009131862A (ja) | ハイブリッド溶接用継手 | |
| JP6213332B2 (ja) | 厚鋼板のホットワイヤ・レーザ複合溶接方法 | |
| JP2017119305A (ja) | アルミニウム構造部材の製造方法 | |
| JP6533642B2 (ja) | 高エネルギービーム溶接用被接合部材及び接合体の製造方法 | |
| JP2003126978A (ja) | レーザによる差厚材の突き合わせ溶接方法 | |
| JP2012228716A (ja) | レーザ溶接装置およびレーザ溶接方法 | |
| JP2012228717A (ja) | レーザ溶接装置およびレーザ溶接方法 | |
| JP2006346709A (ja) | 薄板縁継手のレーザ溶接方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 201780000922.4 Country of ref document: CN |
|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 17738435 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 15568141 Country of ref document: US |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 17738435 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |