JP2001047272A - Method for laser beam welding - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はレーザ溶接加工方法
に関し、特に安定した品質の溶接加工が可能なレーザ加
工方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser welding method, and more particularly to a laser processing method capable of performing stable quality welding.
【0002】[0002]
【従来の技術】レーザビームを小スポットに集光し、金
属等の加工対象物に照射することにより、溶接加工を行
なうことができる。しかし、熱容量や融点等の異なる異
種材料の突き合わせ溶接においては、それぞれの材料に
適したエネルギーが異なり、高品位の溶接を行なうため
には異種材料にそれぞれ適合したレーザビームエネルギ
ーを与えることが望まれる。2. Description of the Related Art Welding can be performed by condensing a laser beam on a small spot and irradiating the object such as metal with a laser beam. However, in butt welding of dissimilar materials having different heat capacities and melting points, the energy suitable for each material is different, and in order to perform high-quality welding, it is desired to provide laser beam energies respectively suited to dissimilar materials. .
【0003】単一のレーザビームでこのような異種材料
の突き合わせ溶接を実施する場合には、突き合わせ位置
に対してレーザビームの中心位置を偏心させる技術が知
られている。この場合は高精度の照射位置制御が必要と
なり、対処が難しい。[0003] When performing such butt welding of dissimilar materials with a single laser beam, a technique is known in which the center position of the laser beam is decentered with respect to the butt position. In this case, high-precision irradiation position control is required, and it is difficult to cope with it.
【0004】また、同一材料の突き合わせ溶接において
も板厚に差がある場合は同様である。一方、突き合わせ
のギャップについてもそのギャップ裕度を拡大すること
が望まれている。[0004] The same applies to butt welding of the same material if there is a difference in the plate thickness. On the other hand, it is also desired to increase the gap allowance for the butting gap.
【0005】これに対し、本発明者は、単一のレーザビ
ームを用いて2つのレーザスポット光を形成することの
できるレーザ加工機を提案(特許第2902550号)
した。これを、図13を参照して簡単に説明する。レー
ザ発振器で発生されたレーザビームは光ファイバにより
伝送され、光ファイバの先端部101から図中下方に出
射される。光ファイバの先端部101から発散したレー
ザ光は、コリメートレンズ102によってコリメートさ
れ、平行光束となる。この平行光束は、直進して屋根形
プリズム103に入射する。屋根形プリズム103は、
図中上側に左右に傾いた対称的入射面を有する。On the other hand, the present inventor has proposed a laser beam machine capable of forming two laser spot lights using a single laser beam (Japanese Patent No. 2902550).
did. This will be described briefly with reference to FIG. The laser beam generated by the laser oscillator is transmitted by an optical fiber and is emitted downward from the tip 101 of the optical fiber in the figure. Laser light diverging from the tip 101 of the optical fiber is collimated by a collimating lens 102 to become a parallel light beam. The parallel light beam travels straight and enters the roof prism 103. The roof prism 103 is
In the upper part of the figure, there is a symmetrical incident surface inclined left and right.
【0006】屋根形プリズム103は、図中左半分に入
射したレーザビームは右下方に偏向し、右半分に入射し
たレーザビームは左下方に偏向する。このように、屋根
形プリズム103は、入射するレーザビームを2つのビ
ームに分割する役割を果たす。そして、屋根形プリズム
103はレーザビームの光軸に直角な方向に可動とされ
ている。その結果、屋根形プリズム103の2つの傾斜
面に入射するレーザビームの入射面積比により分割比が
可変となる。分割比が可変であるということは、出力比
率が可変であることを意味する。The roof prism 103 deflects the laser beam incident on the left half in the figure downward and to the right, and deflects the laser beam incident on the right half downward and to the left. As described above, the roof prism 103 plays a role of splitting the incident laser beam into two beams. The roof prism 103 is movable in a direction perpendicular to the optical axis of the laser beam. As a result, the division ratio becomes variable depending on the incident area ratio of the laser beam incident on the two inclined surfaces of the roof prism 103. The fact that the division ratio is variable means that the output ratio is variable.
【0007】屋根形プリズム103で分割された2本の
レーザビームは、集光レンズ(加工レンズ)104によ
って集光され、異なる点にスポット状に集光される。集
光点の位置は、屋根形プリズム103の与える偏向(屈
折)角度、屋根形プリズム103と集光レンズ104と
の間の距離、集光レンズ104の焦点距離等によって定
まる。The two laser beams split by the roof prism 103 are condensed by a condensing lens (working lens) 104 and condensed in different spots at different points. The position of the condensing point is determined by the deflection (refraction) angle given by the roof prism 103, the distance between the roof prism 103 and the condenser lens 104, the focal length of the condenser lens 104, and the like.
【0008】なお、図示していないが、上記の各要素は
筒状のケースに収容されている。特に、屋根形プリズム
103はプリズムセルに保持され、集光レンズ104は
集光レンズセルに保持されている。プリズムセルの下端
と集光レンズセルの上端には相係合するねじが切られて
おり、集光レンズセルをプリズムセルにねじ込むことに
より、両者は一体化される。更に、回転駆動機構によ
り、プリズムセルと集光レンズセルとを一体的に回転さ
せることができるように構成されている。その結果、屋
根形プリズム103と集光レンズ104とを、入射レー
ザビームの光軸を中心として一体的に回転させることに
より2つのスポット光の配列角度を任意に設定すること
ができる。ここで言う、2つのスポット光の配列角度と
は、2つのスポット光の中心を結ぶ線分と溶接方向との
間の角度を意味する。溶接の場合、通常、この角度は9
0度である。Although not shown, each of the above elements is housed in a cylindrical case. In particular, the roof prism 103 is held in a prism cell, and the condenser lens 104 is held in a condenser lens cell. The lower end of the prism cell and the upper end of the condenser lens cell are threaded to engage with each other. By screwing the condenser lens cell into the prism cell, the two are integrated. Further, it is configured such that the prism cell and the condenser lens cell can be integrally rotated by a rotation drive mechanism. As a result, the arrangement angle of the two spot lights can be arbitrarily set by rotating the roof prism 103 and the condenser lens 104 integrally about the optical axis of the incident laser beam. Here, the arrangement angle of the two spot lights means an angle between a line connecting the centers of the two spot lights and the welding direction. For welding, this angle is typically 9
0 degrees.
【0009】一方、コリメートレンズ102はコリメー
トレンズケースに保持されている。光ファイバの先端部
101を保持するファイバケースは、その下端に形成さ
れたねじ部がコリメートレンズケースの上端に形成され
たねじ部にねじ込まれて固定される。On the other hand, the collimating lens 102 is held in a collimating lens case. In the fiber case holding the distal end portion 101 of the optical fiber, a screw portion formed at the lower end thereof is screwed into a screw portion formed at the upper end of the collimating lens case and fixed.
【0010】上記のような単一のレーザビームから2つ
のスポット光を得るための光学系は、ツインスポット光
学系と呼ばれているが、細部構造は、上述の特許公報に
開示されているので、詳しい説明は省略する。An optical system for obtaining two spot lights from a single laser beam as described above is called a twin-spot optical system, but the detailed structure is disclosed in the above-mentioned patent publication. Detailed description is omitted.
【0011】[0011]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようなツインスポット光学系を用いただけでは、突き合
わせ溶接、特に2つの被溶接部材の厚さが異なる場合、
あるいは2つの被溶接部材の材料が異なる場合の突き合
わせ溶接においては、安定して所望の品質を得ることは
難しいという問題があった。However, using only the twin spot optical system as described above, butt welding, especially when the thickness of two members to be welded is different,
Alternatively, in butt welding when the materials of the two members to be welded are different from each other, there is a problem that it is difficult to stably obtain a desired quality.
【0012】そこで、本発明の課題は、ツインスポット
光学系を使用して、効率良くかつ安定した品質で溶接を
行うことのできるレーザ溶接加工方法を提供することに
ある。An object of the present invention is to provide a laser welding method capable of performing efficient and stable welding using a twin spot optical system.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】本発明は、ツインスポッ
ト光学系からの2つのレーザスポット光を照射して溶接
を行うレーザ溶接加工方法において、2つのスポット光
の配列を溶接方向と直角になるようにすると共に、2つ
のスポット光の間隔を0.3mm〜1.0mmの範囲と
し、しかも2つのスポット光の出力比率を1:1〜1:
6の範囲とすることを特徴とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a laser welding method for performing welding by irradiating two laser spot lights from a twin spot optical system so that the arrangement of the two spot lights is perpendicular to the welding direction. The distance between the two spot lights is set in the range of 0.3 mm to 1.0 mm, and the output ratio of the two spot lights is set to 1: 1 to 1:
6 is set.
【0014】ツインスポット光学系は、レーザ発振器か
らのレーザ光を受光する受光部と、受光したレーザ光を
2つに分割するための屋根型プリズムと該屋根型プリズ
ムをレーザ光の光軸に対して直角な方向に可動な状態で
保持している保持部とを含んで受光したレーザ光を可変
分割比で分割するビーム分割手段と、分割されたレーザ
光をスポット光として異なる位置に照射する加工レンズ
とを含む。The twin-spot optical system includes a light-receiving portion for receiving laser light from a laser oscillator, a roof-type prism for dividing the received laser light into two, and the roof-type prism with respect to the optical axis of the laser light. Beam splitting means for splitting a received laser beam including a holding portion which is held in a state of being movable in a direction perpendicular to the beam at a variable splitting ratio, and processing for irradiating the split laser beam as a spot beam to different positions Lens.
【0015】本レーザ溶接加工方法が突き合わせ溶接に
適用される場合、2つのスポット光の間の中心を溶接線
上に位置させるか、あるいは一方の被溶接部材側にシフ
トさせた状態で行う。そして、前記シフトの量は、0.
5mm以下とされる。When the present laser welding method is applied to butt welding, the method is carried out with the center between two spot lights positioned on the welding line or shifted to one of the members to be welded. The amount of the shift is .0.
5 mm or less.
【0016】また、前記突き合わせ溶接において2つの
被溶接部材の板厚に差がある場合、2つのスポット光の
うち出力の大きい方のスポット光を板厚の厚い方の被溶
接部材に位置させる。In the butt welding, when there is a difference between the plate thicknesses of the two members to be welded, the spot light having the larger output of the two spot lights is positioned on the member to be welded having the larger plate thickness.
【0017】一方、前記突き合わせ溶接において2つの
被溶接部材の材料が異なる場合、2つのスポット光の出
力比率は個々の材料に応じて前記出力比率の範囲で変化
させる。On the other hand, when the materials of the two members to be welded are different in the butt welding, the output ratio of the two spot lights is changed within the range of the output ratio according to each material.
【0018】[0018]
【発明の実施の形態】本発明は、特に突き合わせ溶接加
工において、突き合わせ面間のギャップ裕度を大きくす
るために、レーザビームを二分割し、分割された2つの
レーザビームを2点に集光させるツインスポット光学系
を用い、通常のシングルスポット光学系では得られない
溶接の効率化及びギャップ裕度の改善が行える範囲を特
定し、性能の向上を図ったものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention divides a laser beam into two in order to increase the gap allowance between butt surfaces, particularly in a butt welding process, and focuses the two split laser beams at two points. Using a twin-spot optical system, a range in which welding efficiency and gap tolerance can be improved, which cannot be obtained with a normal single-spot optical system, is specified to improve performance.
【0019】図1〜図3に本発明が適用されるレーザ溶
接加工装置を示す。このレーザ溶接加工装置は、図13
で説明したレーザ溶接機と原理的に同じである。すなわ
ち、光ファイバ11の先端部から出射されたレーザ光
を、ハーフミラー12を通してコリメートレンズ13に
入射させることにより平行光束にする。この平行光束を
屋根形プリズム14の2つの傾斜面に入射させることに
より2つのレーザビームに分割し、分割されたレーザビ
ームを加工レンズ15により2つの集光点にスポット状
に集光させる。屋根形プリズム14を収容しているケー
シングと加工レンズ15を収容しているケーシングと
は、一方にめねじ、他方におねじを形成してねじ係合に
より一体化されており、これらが図13で説明したよう
な回転駆動機構により一体的にその中心軸回りに回転可
能にされている。なお、つまみ16は、屋根形プリズム
14を水平方向、すなわちレーザ光の光軸に直角な方向
に移動させるためのものである。つまみ16はラックと
ピニオンとの組合わせによる回転運動−直線運動変換機
構に組み合わされ、つまみ16を回すことで屋根形プリ
ズム14を保持しているプリズムセルを図1中の左右方
向に移動可能にしている。なお、屋根形プリズム14の
傾斜面の傾斜角度(図13のθ)は非常に小さいので、
図中では識別しにくいが、2つの傾斜面は図1において
屋根形プリズム14の左右に現れる。1 to 3 show a laser welding apparatus to which the present invention is applied. This laser welding apparatus is shown in FIG.
It is the same in principle as the laser welding machine described in. That is, the laser light emitted from the distal end of the optical fiber 11 is incident on the collimator lens 13 through the half mirror 12 to be converted into a parallel light flux. This parallel light beam is split into two laser beams by being incident on the two inclined surfaces of the roof-shaped prism 14, and the split laser beams are condensed in two spots by the processing lens 15. The casing accommodating the roof prism 14 and the casing accommodating the processing lens 15 are internally formed by forming a female screw on one side and a screw on the other side and by screw engagement. The rotation drive mechanism as described in the above is integrally rotatable about its central axis. The knob 16 is for moving the roof prism 14 in a horizontal direction, that is, in a direction perpendicular to the optical axis of the laser beam. The knob 16 is combined with a rotary motion-linear motion conversion mechanism by a combination of a rack and a pinion. By turning the knob 16, the prism cell holding the roof prism 14 can be moved in the left-right direction in FIG. ing. Since the inclination angle (θ in FIG. 13) of the inclined surface of the roof-shaped prism 14 is very small,
Although difficult to distinguish in the figure, the two inclined surfaces appear on the left and right sides of the roof prism 14 in FIG.
【0020】本レーザ溶接加工装置においては、CCD
カメラによる観察光学系を備えている。この観察光学系
には、ハーフミラー12、折り返しミラー17を通して
溶接部の画像を取り込むようにしている。In this laser welding apparatus, a CCD
An observation optical system using a camera is provided. The image of the welded portion is taken into the observation optical system through the half mirror 12 and the return mirror 17.
【0021】このように、屋根形プリズム14の移動を
1軸駆動ステージにて実現しており、レーザ光の分割比
率を1:1から1:0の範囲で任意に設定できる機能を
有している。また、屋根形プリズム14を変更してその
傾斜角度θを変更することにより、2つのスポット光の
中心の間隔(スポット間隔)dを変更することができ
る。更に、加工レンズ15を変更してスポット光の直径
D及びスポット間隔dを共に変更することができる。As described above, the movement of the roof-shaped prism 14 is realized by the one-axis driving stage, and has a function that can arbitrarily set the division ratio of the laser beam in the range of 1: 1 to 1: 0. I have. Further, by changing the roof-shaped prism 14 and changing its inclination angle θ, it is possible to change the distance d between the centers of the two spot lights (spot distance). Further, both the diameter D of the spot light and the spot interval d can be changed by changing the processing lens 15.
【0022】溶接に際しては、集光レンズ15を収容し
ているケーシングに、図3に示すノズル20を取り付
け、先端にシールドガスを供給しながら行うようになっ
ている。すなわち、ノズル20の先端部には、中心部を
通過する2つのスポット光を取り囲むように円錐形状の
空間が形成され、この円錐形状の空間はスポット光の照
射部に向けて開口している。また、円錐形状の空間に
は、シールドガス導入ポート21よりアルゴンガス等の
シールドガスが導入可能にされている。At the time of welding, a nozzle 20 shown in FIG. 3 is attached to a casing accommodating the condenser lens 15, and the welding is performed while supplying a shielding gas to the tip. That is, a conical space is formed at the tip of the nozzle 20 so as to surround two spot lights passing through the center portion, and the conical space opens toward the spot light irradiation unit. Further, a shielding gas such as an argon gas can be introduced into the conical space from the shielding gas introduction port 21.
【0023】上記のようなツインスポット光学系を用い
て、溶接を実施した結果について以下に説明する。本発
明は、このツインスポット光学系を用いて、試験し得ら
れた結果から2つのスポット光の出力比率、スポット間
隔dの適用範囲を以下のように特定した点に特徴を有す
る。The result of welding using the twin spot optical system as described above will be described below. The present invention is characterized in that the output ratio of the two spot lights and the applicable range of the spot interval d are specified as follows from the results obtained by testing using this twin spot optical system.
【0024】(1)はじめに、溶接ビード形状に及ぼす
ツインスポット光のエネルギー比率の影響を観察するた
めにビードオン試験を行った。ビードオン試験というの
は、図4に示す試験条件にて、図4に示すような3.6
mmの板厚の冷延鋼板30にビードオンしたものであ
り、その結果を図5に示す。(1) First, a bead-on test was performed to observe the effect of the energy ratio of twin spot light on the weld bead shape. The bead-on test is performed under the test conditions shown in FIG.
This was bead-on to a cold-rolled steel sheet 30 having a thickness of 1 mm, and the results are shown in FIG.
【0025】図5に示すように、2つのスポット光の出
力比率を変えることにより、ビード断面形状は異なる。
なお、図5において、JFというのは、冷延鋼板30の
表面にスポット光の焦点を合わせた場合を示し、+2m
mというのは、スポット光の焦点を冷延鋼板30の表面
から2mm離れた高さ位置(図4に+を付した矢印方
向)に合わせたことを意味している。参考のために、シ
ングルスポット光の場合についても示しており、ツイン
スポット化することにより、ビード形状は縦に細いキー
ホール型から横に広がる熱伝導型へ移行し、ビード幅は
大きくなるものの、溶け込み深さは浅くなる。特に、ツ
インスポット光学系では、3.5kW、スポット光の移
動速度3.0m/minの条件にて、出力比率1:1.
6を境にしてキーホール型から熱伝導型へ移行する。こ
のような結果から、溶け込み深さよりもビード幅を大き
くとりたい場合、出力比率は1:1〜1:1.6程度が
有効であることがわかる。As shown in FIG. 5, by changing the output ratio of the two spot lights, the cross-sectional shape of the bead is different.
In FIG. 5, JF indicates a case where the spot light is focused on the surface of the cold-rolled steel sheet 30 and is +2 m.
m means that the spot light is focused on a height position 2 mm away from the surface of the cold-rolled steel sheet 30 (in the direction of the arrow marked with + in FIG. 4). For reference, the case of single spot light is also shown, and by making it a twin spot, the bead shape shifts from a keyhole type that is thin vertically to a heat conduction type that spreads horizontally, and the bead width increases, The penetration depth becomes shallower. In particular, in the twin spot optical system, the output ratio is 1: 1.1 under the conditions of 3.5 kW and the spot light moving speed of 3.0 m / min.
The transition from the keyhole type to the heat conduction type is made at the boundary of 6. From these results, it can be seen that when it is desired to make the bead width larger than the penetration depth, an output ratio of about 1: 1 to 1: 1.6 is effective.
【0026】一方、図6〜図8はそれぞれ、出力比率と
溶け込み深さ、出力比率とビード幅、出力比率とビード
断面積の関係を示している。図6〜図8において、出力
比率1:1〜1:1.6の範囲でビード幅を大きく保
ち、溶け込み深さが大きく変化しない領域があることが
わかる。従って、スポット光の直径Dが0.6mm、ス
ポット間隔dが0.5mmの場合、本加工条件におい
て、出力比率が1:1〜1:1.6の範囲がビード幅を
大きく保つことに有効であることがわかる。6 to 8 show the relationship between the output ratio and the penetration depth, the relationship between the output ratio and the bead width, and the relationship between the output ratio and the bead cross-sectional area, respectively. 6 to 8, it can be seen that there is a region where the bead width is kept large and the penetration depth does not change significantly within the range of the output ratio of 1: 1 to 1: 1.6. Accordingly, when the diameter D of the spot light is 0.6 mm and the spot interval d is 0.5 mm, the output ratio in the range of 1: 1 to 1: 1.6 is effective for keeping the bead width large under the present processing conditions. It can be seen that it is.
【0027】(2)次に、突き合わせ溶接において、ツ
インスポット化による突き合わせギャップ裕度の改善を
観察するために、図9に示すような試験条件にて、図9
に示す0.8mmと1.6mmの板厚の冷延鋼板41、
42での突き合わせ溶接試験結果について説明する。な
お、2枚の冷延鋼板41、42の突き合わせ端面は、シ
ェーパ研削されている。また、2つのスポット光は、溶
接線を間にして溶接線に直角な配列になるように照射さ
れている。特に、2つのスポット光の出力比率が1:1
の場合を除いて、2つのスポット光の出力が異なる場
合、出力の大きなスポット光を厚さの大きな冷延鋼板4
2に照射することは言うまでもない。(2) Next, in order to observe the improvement of the butt gap tolerance due to the twin spot in the butt welding, under the test conditions shown in FIG.
Cold-rolled steel sheet 41 having a thickness of 0.8 mm and 1.6 mm shown in FIG.
The result of the butt welding test at 42 will be described. The butted end faces of the two cold-rolled steel sheets 41 and 42 are shaper ground. Further, the two spot lights are applied so as to form an array perpendicular to the welding line with the welding line therebetween. In particular, the output ratio of the two spot lights is 1: 1.
In the case where the outputs of the two spot lights are different, except for the case of
It is needless to say that the light is irradiated to No. 2.
【0028】図10を参照して、本試験においては、シ
ングルスポット光では最大突き合わせギャップ0.3m
mまで、外観評価にて健全な溶接ビードが得られた。こ
れに対し、本発明によるツインスポット光学系では、2
つのスポット光の出力比率を適正化することにより、最
大0.5mmのギャップにおいても健全な溶接ビードが
得られた。Referring to FIG. 10, in this test, the maximum butting gap was 0.3 m for a single spot light.
m, a sound weld bead was obtained in the appearance evaluation. In contrast, in the twin spot optical system according to the present invention, 2
By optimizing the output ratio of the two spot lights, a sound weld bead was obtained even in a gap of at most 0.5 mm.
【0029】以上のように、図10から、2つのスポッ
ト光の出力比率を変えることにより、2枚の冷延鋼板4
1、42の突き合わせギャップが大きくなっても健全な
溶接ができることがわかる。出力比率を1:1よりも、
1:2ないし1:4にすることにより、ギャップ裕度は
増加していることがわかる。As described above, from FIG. 10, by changing the output ratio of the two spot lights, the two cold-rolled steel sheets 4
It can be seen that sound welding can be performed even if the butting gaps of Nos. 1 and 42 are large. Output ratio than 1: 1
It can be seen that by setting the ratio to 1: 2 to 1: 4, the gap margin increases.
【0030】図11に出力比率と健全なビードが得られ
た突き合わせギャップ量について示す。シングルスポッ
ト光であると、ギャップ裕度が0.3mmである。一
方、2つのスポット光の出力比率1:1〜1:8の間に
てギャップ裕度が0.4mmないし0.5mmまで改善
され、この出力比率の範囲が有効であることがわかる。FIG. 11 shows the output ratio and the butting gap amount at which a sound bead is obtained. In the case of a single spot light, the gap tolerance is 0.3 mm. On the other hand, the gap tolerance is improved from 0.4 mm to 0.5 mm between the output ratios of the two spot lights of 1: 1 to 1: 8, and this range of the output ratio is effective.
【0031】次に、2つのスポット光の間隔dについて
言えば、上記の実験結果は間隔dが0.5mmの場合で
あるが、間隔dが0.3mmの場合についても同様な結
果が得られることが確認されている(図13参照)。ま
た、間隔dの上限は、2つのスポット光は、実際には図
4に示すように、それらの一部が重なるように照射され
ることが必要である。これを満足するためには、スポッ
ト光の直径Dにもよるが、約1mmとなる。Next, regarding the distance d between the two spot lights, the above experimental results are obtained when the distance d is 0.5 mm, but similar results can be obtained when the distance d is 0.3 mm. This has been confirmed (see FIG. 13). In addition, the upper limit of the interval d requires that the two spot lights are actually irradiated so that some of them overlap each other as shown in FIG. In order to satisfy this, it is about 1 mm depending on the diameter D of the spot light.
【0032】以上からツインスポット光学系において、
溶接方向と直角な方向に2つのスポット光を配列して溶
接を行うことで、ビード幅を大きくとることに有効であ
り、かつ、突き合わせ溶接の場合、そのギャップ裕度を
改善できる。また、2つのスポット光の出力比率の範囲
は組み合される板の厚さによって変化するが、(1)溶
接ビード形状と(2)突き合わせギャップの裕度の双方
に対して効果のある範囲として1:1〜1:6の範囲が
有効である。勿論、レーザ発振器の出力が変わっても、
この効果は得られる。From the above, in the twin spot optical system,
By arranging two spot lights in a direction perpendicular to the welding direction and performing welding, it is effective to increase the bead width, and in the case of butt welding, the gap tolerance can be improved. Further, the range of the output ratio of the two spot lights varies depending on the thickness of the plate to be combined, and as a range that is effective for both (1) the shape of the weld bead and (2) the tolerance of the butt gap: The range of 1-1: 6 is effective. Of course, even if the output of the laser oscillator changes,
This effect is obtained.
【0033】図12は、2つのスポット光を2枚の突き
合わせ溶接される冷延鋼板41、42の一方の側、特に
出力の大きいスポット光を板厚の大きい方の冷延鋼板4
2側にシフトさせて溶接を行う場合について示してお
り、この場合にも同等の効果が得られる。この場合のシ
フト量(冷延鋼板42の端面から2つのスポット光の中
心の間の中間点までの距離)は0.5mmが上限である
ことも確認されている。FIG. 12 shows one side of two cold-rolled steel sheets 41 and 42 to which two spot lights are butt-welded, in particular, a spot light having a large output is applied to the cold-rolled steel sheet 4 having a larger thickness.
The case where welding is performed by shifting to the two sides is shown, and in this case, the same effect can be obtained. In this case, it has been confirmed that the upper limit of the shift amount (the distance from the end face of the cold-rolled steel sheet 42 to the intermediate point between the centers of the two spot lights) is 0.5 mm.
【0034】一方、2つの被溶接部材の材料が異なる場
合には、2つのスポット光の出力比率を個々の材料に応
じて前記の出力比率の範囲で変化させれば良い。On the other hand, when the materials of the two members to be welded are different, the output ratio of the two spot lights may be changed within the range of the output ratio according to each material.
【0035】以上、本発明をレーザ溶接について説明し
たが、本発明は切断加工方法においても上記のような出
力比率変化を適用することができる。この場合、2つの
スポット光の配列方向は、切断線の方向に合わせるよう
にする。Although the present invention has been described with reference to laser welding, the present invention can be applied to the above-described output ratio change also in a cutting method. In this case, the arrangement direction of the two spot lights is adjusted to the direction of the cutting line.
【0036】[0036]
【発明の効果】本発明によれば、ツインスポット光学系
を使用して、効率良くかつ安定した品質で溶接を行うこ
とのできるレーザ溶接加工方法を提供することができ
る。According to the present invention, it is possible to provide a laser welding method capable of performing efficient and stable welding by using a twin spot optical system.
【図1】本発明が適用されるレーザ溶接加工装置のうち
のツインスポット光学系の構成を示した縦断面図であ
る。FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a twin spot optical system in a laser welding apparatus to which the present invention is applied.
【図2】図1のツインスポット光学系を図1の側面側か
ら見た縦断面図である。FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the twin spot optical system of FIG. 1 as viewed from the side of FIG.
【図3】図1のツインスポット光学系の先端部に組み合
わされるノズルの構成を示した縦断面図である。FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a nozzle combined with a tip portion of the twin spot optical system of FIG.
【図4】本発明において溶接ビード形状に及ぼすツイン
スポット光のエネルギ比率の影響を観察するために行わ
れるビードオン試験を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a bead-on test performed to observe the effect of the energy ratio of twin spot light on the weld bead shape in the present invention.
【図5】図4のビードオン試験により得られた溶接部の
断面形状を比較例としてのシングルスポット光の場合の
溶接部の断面形状と共に示した図である。5 is a diagram showing a cross-sectional shape of a welded portion obtained by the bead-on test of FIG. 4 together with a cross-sectional shape of the welded portion in the case of a single spot light as a comparative example.
【図6】図4のビードオン試験において計測されたツイ
ンスポット光の出力比率と溶け込み深さとの関係を示し
た図である。6 is a diagram showing the relationship between the output ratio of twin spot light measured in the bead-on test of FIG. 4 and the penetration depth.
【図7】図4のビードオン試験において計測されたツイ
ンスポット光の出力比率とビード幅との関係を示した図
である。FIG. 7 is a diagram showing a relationship between an output ratio of twin spot light measured in the bead-on test of FIG. 4 and a bead width.
【図8】図4のビードオン試験において計測されたツイ
ンスポット光の出力比率とビード断面積との関係を示し
た図である。FIG. 8 is a diagram showing a relationship between an output ratio of twin spot light measured in the bead-on test of FIG. 4 and a bead cross-sectional area.
【図9】ツインスポット光によるレーザ溶接試験を突き
合わせ溶接に適用した場合について説明するための図で
ある。FIG. 9 is a diagram for explaining a case where a laser welding test using twin spot light is applied to butt welding.
【図10】図9のレーザ溶接試験において計測された溶
接部の断面形状を比較例としてのシングルスポット光の
場合の溶接部の断面形状と共に示した図である。10 is a diagram showing a cross-sectional shape of a welded portion measured in the laser welding test of FIG. 9 together with a cross-sectional shape of the welded portion in the case of a single spot light as a comparative example.
【図11】図9のレーザ溶接試験において計測されたツ
インスポット光の出力比率と突き合わせギャップ量との
関係を、ツインスポット光の間隔dが0.5mmの場合
について示した図である。11 is a diagram showing the relationship between the output ratio of twin spot light measured in the laser welding test of FIG. 9 and the butting gap amount when the interval d between twin spot light is 0.5 mm.
【図12】図9のレーザ溶接試験をツインスポット光を
シフトさせて行う場合について示した図である。FIG. 12 is a diagram showing a case where the laser welding test of FIG. 9 is performed by shifting twin spot light.
【図13】図9のレーザ溶接試験において計測されたツ
インスポット光の出力比率と突き合わせギャップ量との
関係を、ツインスポット光の間隔dが0.3mmの場合
について示した図である。13 is a diagram showing the relationship between the output ratio of twin spot light measured in the laser welding test of FIG. 9 and the butting gap amount when the interval d between twin spot light is 0.3 mm.
【図14】本発明が適用されるツインスポット光学系の
概略構成を説明するための縦断面図である。FIG. 14 is a longitudinal sectional view for explaining a schematic configuration of a twin spot optical system to which the present invention is applied.
11 光ファイバ 12 ハーフミラー 13、102 コリメートレンズ 14、103 屋根形プリズム 15 加工レンズ 16 つまみ 17 折り返しミラー 20 ノズル 21 シールドガス導入ポート 104 集光レンズ DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Optical fiber 12 Half mirror 13, 102 Collimating lens 14, 103 Roof prism 15 Processing lens 16 Knob 17 Folding mirror 20 Nozzle 21 Shield gas introduction port 104 Condensing lens
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) // B23K 103:18 (72)発明者 福井 清之 兵庫県尼崎市扶桑町1番8号 住友金属工 業株式会社総合研究所内 (72)発明者 泰山 正則 兵庫県尼崎市扶桑町1番8号 住友金属工 業株式会社総合研究所内 Fターム(参考) 4E068 BA01 BE00 CA11 CB08 CD09 DB01 4E081 AA01 BA02 BA16 BA34 CA19 DA72 FA08 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) // B23K 103: 18 (72) Inventor Kiyoyuki Fukui 1-8 Fuso-cho, Amagasaki City, Hyogo Prefecture Sumitomo Metal Industries (72) Inventor Masanori Taiyama 1-8 Fuso-cho, Amagasaki-shi, Hyogo Sumitomo Metal Industries, Ltd. F-term (reference) 4E068 BA01 BE00 CA11 CB08 CD09 DB01 4E081 AA01 BA02 BA16 BA34 CA19 DA72 FA08
Claims (6)
ザスポット光を照射して溶接を行うレーザ溶接加工方法
において、 2つのスポット光の配列を溶接方向と直角になるように
すると共に、2つのスポット光の間隔を0.3mm〜
1.0mmの範囲とし、しかも2つのスポット光の出力
比率を1:1〜1:6の範囲とすることを特徴とするレ
ーザ溶接加工方法。In a laser welding method for performing welding by irradiating two laser spot lights from a twin spot optical system, an arrangement of two spot lights is made to be perpendicular to a welding direction and two spots are arranged. 0.3mm ~
A laser welding method, wherein the laser beam is formed in a range of 1.0 mm and an output ratio of two spot lights is in a range of 1: 1 to 1: 6.
いて、前記ツインスポット光学系は、レーザ発振器から
のレーザ光を受光する受光部と、受光したレーザ光を2
つに分割するための屋根型プリズムと該屋根型プリズム
をレーザ光の光軸に対して直角な方向に可動な状態で保
持している保持部とを含んで受光したレーザ光を可変分
割比で分割するビーム分割手段と、分割されたレーザ光
をスポット光として異なる位置に照射する加工レンズと
を含むことを特徴とするレーザ溶接加工方法。2. The laser welding method according to claim 1, wherein the twin spot optical system includes: a light receiving unit that receives a laser beam from a laser oscillator;
The received laser light at a variable split ratio including a roof-type prism for splitting into two, and a holding unit that holds the roof-type prism movable in a direction perpendicular to the optical axis of the laser light. A laser welding method comprising: a beam splitting means for splitting; and a processing lens for irradiating the split laser light to different positions as spot light.
工方法において、該レーザ溶接は突き合わせ溶接であ
り、2つのスポット光の間の中心を溶接線上に位置させ
るか、あるいは一方の被溶接部材側にシフトさせた状態
で行うことを特徴とするレーザ溶接加工方法。3. The laser welding method according to claim 1, wherein the laser welding is a butt welding, and a center between two spot lights is positioned on a welding line or one of the members to be welded. A laser welding method characterized in that the method is performed in a state where the laser beam is shifted to a predetermined position.
いて、前記シフトの量が0.5mm以下であることを特
徴とするレーザ溶接加工方法。4. The laser welding method according to claim 3, wherein the shift amount is 0.5 mm or less.
いて、前記突き合わせ溶接において2つの被溶接部材の
板厚に差がある場合、2つのスポット光のうち出力の大
きい方のスポット光を板厚の厚い方の被溶接部材に位置
させることを特徴とするレーザ溶接加工方法。5. The laser welding method according to claim 3, wherein, in the butt welding, when there is a difference between the plate thicknesses of the two members to be welded, the larger one of the two spot lights is used as the plate light. A laser welding method characterized by being positioned on a member to be welded having a larger thickness.
いて、前記突き合わせ溶接において2つの被溶接部材の
材料が異なる場合、2つのスポット光の出力比率は個々
の材料に応じて前記出力比率の範囲で変化させることを
特徴とするレーザ溶接加工方法。6. The laser welding method according to claim 3, wherein in the butt welding, when the materials of the two members to be welded are different, the output ratio of the two spot lights is in the range of the output ratio according to each individual material. A laser welding method characterized in that the method is changed by:
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JP11221989A JP2001047272A (en) | 1999-08-05 | 1999-08-05 | Method for laser beam welding |
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-
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- 1999-08-05 JP JP11221989A patent/JP2001047272A/en active Pending
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