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JP2009166050A - Laser beam welding method for steel plate, and its apparatus - Google Patents

Laser beam welding method for steel plate, and its apparatus Download PDF

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JP2009166050A
JP2009166050A JP2008003619A JP2008003619A JP2009166050A JP 2009166050 A JP2009166050 A JP 2009166050A JP 2008003619 A JP2008003619 A JP 2008003619A JP 2008003619 A JP2008003619 A JP 2008003619A JP 2009166050 A JP2009166050 A JP 2009166050A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser beam welding method and its apparatus capable of preventing any damage of an optical component due to sputtering, and preventing the adhesion of sputtering to a workpiece to be welded. <P>SOLUTION: In the method for welding butted steel plates by using laser beam which is emitted from an oscillator 11 consisting of a plurality of crystalline bodies, transmitted via optical fibers 12, and condensed by an optical system 14, a first gas jetting means 17 for jetting gas from the transverse direction to sputtering scattered from a molten pool C formed by irradiation with the laser beam is arranged between the optical system and the steel plates, and the laser beam is emitted to perform the welding while jetting the gas across just above the molten pool so that the vertical distance from an extension A<SB>k</SB>along a lower end of a jet port of the first gas jetting means and the molten pool is in a range of ≤3 mm. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、鋼板のレーザ溶接方法およびその装置に関し、詳しくは溶接時に発生するスパッタが被溶接材表面に付着することによる溶接品質の低下や、レーザ光学部品に付着することによる損傷を抑制することができる鋼板のレーザ溶接方法およびその装置に関する。   The present invention relates to a laser welding method and apparatus for a steel sheet, and more particularly, to suppress deterioration in welding quality due to spatter generated during welding adhering to the surface of a material to be welded and damage due to adhering to a laser optical component. The present invention relates to a method and apparatus for laser welding of steel plates that can be used.

レーザ溶接は、高密度エネルギ光線であるレーザビームを光学部品により集光し、被溶接材に照射し、被溶接材を溶融させる溶接法である。レーザ溶接は、アーク溶接などの他の溶接法と比べ、高速溶接が可能であり、かつ、その熱影響範囲が小さいという特徴を有する。   Laser welding is a welding method in which a laser beam, which is a high-density energy beam, is condensed by an optical component, irradiated to a material to be welded, and the material to be welded is melted. Laser welding has characteristics that high-speed welding is possible and its heat-affected range is small compared to other welding methods such as arc welding.

レーザ溶接は、このような特徴を活かし、例えば、自動車の組み立て溶接やテーラードブランク溶接などの部材溶接への適用例が見られるほか、鋼板を連続処理する例えば酸洗ラインや冷間圧延ラインなどの連続ラインにおいて、途切れることなく鋼板を連続ラインへ供給するために、先行する鋼板である溶接材の端面と、後行する鋼板である溶接材の端面とを接続する、いわゆるコイル継ぎ溶接工程に適用される例が見られる。   Laser welding takes advantage of these characteristics, and examples include application to member welding such as automobile assembly welding and tailored blank welding, as well as continuous processing of steel sheets such as pickling lines and cold rolling lines. In a continuous line, in order to supply steel sheets to the continuous line without interruption, it is applied to the so-called coil splicing welding process that connects the end surface of the welding material, which is the preceding steel plate, and the end surface of the welding material, which is the subsequent steel plate. An example is seen.

しかし、一方で高密度エネルギを照射するが故に急激な金属の溶融を伴い、形成された溶融池から溶融金属が飛散することがある。これは、溶接部の品質を確保する上で問題となることがある。この飛散する溶融金属をスパッタという。   However, on the other hand, since the high-density energy is irradiated, the metal melts rapidly from the molten pool formed due to rapid melting of the metal. This can be a problem in ensuring the quality of the weld. This scattered molten metal is called spatter.

例えば、部材組み立て溶接において、溶接部に外観品質が要求される場合、このスパッタが溶接部近傍に付着することにより、著しく、外観品質を損ねる。また、上記したようなコイル継ぎ溶接で溶接部周辺に付着したスパッタは、例えば、次圧延工程でロールにより圧延されるが、このとき、スパッタにより圧延ロールに凹み傷を生じ、以後の圧延において、鋼板表面に、ロールからこの凹み傷が転写され、製品の外観品質を損なう。または、鋼板表面に付着したスパッタが、鋼板内に押し込まれ、圧延工程における溶接部破断の要因となる。このように、被溶接材に付着したスパッタは、溶接部の品質を低下させるため、研削等の必要が生じ、生産効率の阻害要因となっている。   For example, in the member assembly welding, when the appearance quality is required for the welded portion, the spatter adheres to the vicinity of the welded portion, so that the appearance quality is remarkably impaired. In addition, spatter adhering to the periphery of the welded part by the coil joint welding as described above is rolled by a roll in the next rolling step, for example. The dents are transferred from the roll to the surface of the steel sheet, which deteriorates the appearance quality of the product. Or the sputter | spatter adhering to the steel plate surface is pushed in in a steel plate, and becomes a factor of the welding part fracture | rupture in a rolling process. Thus, since the spatter adhering to the material to be welded deteriorates the quality of the welded portion, it is necessary to perform grinding or the like, which is an impediment to production efficiency.

さらに、スパッタによる光学部品(保護ガラスやレンズ)への付着も溶接品質を維持する上で問題となることが多い。上述したように、レーザ溶接は、光学部品により集光した光を溶接熱源として用いる。そのため、集光レンズや保護ガラスの表面に付着したスパッタは、レーザ光を吸収することになり、被溶接材へのレーザ照射量を減じ、溶接不良の発生要因なる。さらに、レーザ光を吸収したスパッタは、高温となり、集光レンズや保護ガラスの破損を生じる虞がある。   Furthermore, adhesion to optical components (protective glass and lenses) by sputtering often becomes a problem in maintaining the welding quality. As described above, laser welding uses light condensed by an optical component as a welding heat source. For this reason, the spatter adhering to the surface of the condensing lens or the protective glass absorbs the laser beam, reduces the amount of laser irradiation to the material to be welded, and causes a defective welding. Furthermore, the spatter that has absorbed the laser beam becomes high temperature, and there is a possibility that the condensing lens and the protective glass are damaged.

このような、溶接時に発生するスパッタの付着に対する対策として特許文献1〜5が開示されている。特許文献1にはスパッタ遮蔽板と高速気流によるスパッタの付着防止方法が開示されている。これによれば遮蔽板によりスパッタを遮蔽し、遮蔽板中の通光孔を通過するスパッタは高速気流により吹き飛ばすことができる。特許文献2には、レーザ加工ヘッドの先端を二重管状のノズルとし、外側のノズルで遮蔽カーテンを形成することが開示されている。特許文献3には、センターコーンから供給されるガス圧に対して0.6〜1.2倍のガス圧力のガスをサイドに設けたノズルから鋭角上方より噴射してスパッタを飛散させる方法が開示されている。これによれば、溶融池から飛散したスパッタに対し、離脱直後にサイドガス流により方向性を与え、レーザヘッド内に侵入するスパッタ量を低減させることができる。   Patent Documents 1 to 5 are disclosed as countermeasures against such adhesion of spatter generated during welding. Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228561 discloses a spatter adhesion prevention method using a sputter shielding plate and a high-speed airflow. According to this, the spatter is shielded by the shielding plate, and the spatter passing through the light transmission hole in the shielding plate can be blown off by the high-speed air flow. Patent Document 2 discloses that the tip of a laser processing head is a double tubular nozzle and a shielding curtain is formed by an outer nozzle. Patent Document 3 discloses a method in which a gas having a gas pressure of 0.6 to 1.2 times the gas pressure supplied from a center cone is sprayed from a nozzle provided on a side from above an acute angle to scatter sputtering. Has been. According to this, for the spatter scattered from the molten pool, directivity can be given by the side gas flow immediately after detachment, and the amount of spatter entering the laser head can be reduced.

特許文献4には、保護ガラスによる保護に加え、加工ヘッド内に超音波ガスを流すことと、加工ノズル先端を漏斗形状とすることで、ノズル先端部の孔からスパッタを吸い込む能力を向上させ、加工ノズル内部で飛散するスパッタを効率良く吹き飛ばすことが開示されている。特許文献5には管の円周溶接を対象としてレーザ加工ノズルと被溶接材との間に横方向から流体を噴射する技術が開示されている。   In Patent Document 4, in addition to the protection by the protective glass, by flowing ultrasonic gas into the processing head and making the processing nozzle tip a funnel shape, the ability to suck spatter from the nozzle tip hole is improved, It is disclosed that the spatter scattered inside the processing nozzle is efficiently blown off. Patent Document 5 discloses a technique for injecting a fluid from a lateral direction between a laser processing nozzle and a material to be welded for circumferential welding of a pipe.

特許第2667769号公報Japanese Patent No. 2667769 特開平11−123578号公報JP-A-11-123578 特開平10−328876号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-328876 特開平9−164495号公報JP-A-9-164495 特開2003−334686号公報JP 2003-334686 A

しかしながら、特許文献1〜3に記載の溶接では溶融池から放射状に発生するというスパッタの性質が考慮されておらず、特に被溶接材へのスパッタの付着を防止することが必ずしもできなかった。また、特許文献4に記載の溶接では、超音速のガス流により発生する吸引力が肝要となるが、溶融池から放射状に飛散するスパッタを吸引力だけで全てノズル内に引き込むには、当然、大きな吸引力が必要となり、この吸引力は、溶融池にも影響を及ぼし、溶接欠陥を生じる可能性が高いという問題があった。   However, the welding described in Patent Documents 1 to 3 does not take into consideration the spatter property of being generated radially from the molten pool, and in particular, it has not always been possible to prevent the spatter from adhering to the material to be welded. Further, in the welding described in Patent Document 4, the suction force generated by the supersonic gas flow is essential, but naturally, in order to draw all the spatter scattered radially from the molten pool into the nozzle only by the suction force, A large suction force is required, and this suction force also affects the molten pool, and there is a problem that there is a high possibility of causing a welding defect.

特許文献5に記載の溶接では、特にレーザ出力が大きい場合、スパッタ飛散量が多くなるため、加工ヘッドへのスパッタの付着が問題となる。   In the welding described in Patent Document 5, especially when the laser output is large, the amount of spatter scattering increases, so that spatter adheres to the processing head.

そこで、本発明は上記問題点に鑑み、スパッタによる光学部品損傷の防止、および被溶接材へのスパッタの付着を防止することができるレーザ溶接方法およびその装置を提供することを課題とする。   In view of the above problems, it is an object of the present invention to provide a laser welding method and apparatus capable of preventing optical component damage due to sputtering and preventing spatter from adhering to a workpiece.

発明者らは、鋭意検討の結果、以下の知見を得て発明を完成させた。
(1)スパッタの飛散方向に対して横の方向から気体(不活性ガス、空気、その混合ガス)を吹き付けることにより、溶融金属は気体の噴射方向に吹き飛ばされる。これによりスパッタが鋼板表面に付着するまでの飛散時間が長くなるためスパッタの表面が十分に冷却され、また溶融池からより離れた鋼板温度が低い場所に飛散するため、鋼板表面への固着が防止され、鋼板表面への付着に伴う溶接品質欠陥の発生を防止することができる。
(2)スパッタは溶融池から放射状に飛散するため、鋼板表面に近い位置で気体を吹き付けることにより効果的にスパッタ付着を防止することができる。
(3)溶融池直上の噴射速度が大きいと、溶融池から溶融金属が流出し、スパッタが増加する。したがって、例えば、幅方向に二つの噴射口を有するノズルから気体を噴射し、溶融池直上に比べその周囲の噴射速度を高くすることにより、気体の吹き付けに伴う溶融池からの溶融金属の流出が抑制され、溶接品質の低下を防止できる。
As a result of intensive studies, the inventors obtained the following knowledge and completed the invention.
(1) By blowing a gas (inert gas, air, or a mixed gas thereof) from a direction lateral to the scattering direction of sputtering, the molten metal is blown off in the gas injection direction. As a result, the spattering time until the spatter adheres to the surface of the steel sheet is prolonged, so that the surface of the spatter is sufficiently cooled, and the steel sheet is scattered further away from the molten pool to a place where the temperature of the steel sheet is low, thereby preventing sticking to the steel sheet surface. Thus, it is possible to prevent the occurrence of weld quality defects accompanying the adhesion to the steel sheet surface.
(2) Since spatter scatters radially from the molten pool, spatter adhesion can be effectively prevented by blowing gas at a position close to the steel plate surface.
(3) When the injection speed directly above the molten pool is high, molten metal flows out of the molten pool, and spatter increases. Therefore, for example, by injecting gas from a nozzle having two injection ports in the width direction and increasing the surrounding injection speed compared to directly above the molten pool, the molten metal flows out of the molten pool due to the blowing of gas. Suppressed and can prevent deterioration of welding quality.

以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。   The present invention will be described below. In order to facilitate understanding of the present invention, reference numerals in the accompanying drawings are appended in parentheses, but the present invention is not limited to the illustrated embodiment.

請求項1に記載の発明は、複数の結晶体から構成される発振機(11)から放出され、光ファイバ(12)により伝送され、光学系(14)で集光されたレーザビームを用いて突き合わされた鋼板を溶接する方法であって、光学系と鋼板との間に、レーザビームの照射により形成される溶融池(C)から飛散するスパッタに向け横方向から気体を噴射する第1の気体噴射手段(17)を配置し、該第1の気体噴射手段の噴射口の下端に沿う延長線(A)と溶融池との垂直距離が3mm以下の範囲となるように溶融池の直上を横切って気体を噴射しながらレーザビームを照射して溶接することを特徴とする鋼板のレーザ溶接方法を提供することにより前記課題を解決する。 The invention according to claim 1 uses a laser beam emitted from an oscillator (11) composed of a plurality of crystal bodies, transmitted by an optical fiber (12), and collected by an optical system (14). A method of welding the butted steel plates, wherein a gas is injected from a lateral direction toward a spatter scattered from a molten pool (C) formed by laser beam irradiation between an optical system and a steel plate. A gas jetting means (17) is arranged, directly above the molten pool so that the vertical distance between the extension line (A k ) along the lower end of the jet port of the first gas jetting means and the molten pool is 3 mm or less. The above-mentioned problem is solved by providing a laser welding method for a steel sheet, characterized in that welding is performed by irradiating a laser beam while jetting a gas across the plate.

ここで、第1の気体噴射手段における「噴射口の下端に沿う延長線」とは、噴射口の下端形状により決まり、例えば噴射口の下端が、図1に示した例のように、鋼板1の上面に対して平行であれば、その延長線Aも鋼板1に平行となる。また、例えば噴射口の下端が末広がり状となっている場合には、該末広がり状の下端を延長するように延長線が形成される。 Here, the “extension line along the lower end of the injection port” in the first gas injection means is determined by the lower end shape of the injection port. For example, the lower end of the injection port is the steel plate 1 as in the example shown in FIG. If it is parallel to the upper surface, the extension line Ak is also parallel to the steel plate 1. Further, for example, when the lower end of the injection port is divergent, an extension line is formed so as to extend the divergent lower end.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の鋼板のレーザ溶接方法における気体が溶接進行方向に噴射されることを特徴とする。   The invention according to claim 2 is characterized in that the gas in the laser welding method of the steel sheet according to claim 1 is injected in the welding progress direction.

請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の鋼板のレーザ溶接方法における第1の気体噴射手段(27)から噴射する気体の速度分布が、鋼板表面に平行な断面において、前記溶融池の直上に比べその両側の速度の方が大きいことを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the cross section parallel to the steel plate surface, the velocity distribution of the gas injected from the first gas injection means (27) in the laser welding method of the steel plate according to the first or second aspect is the above. It is characterized in that the velocity on both sides is larger than that directly above the weld pool.

請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれか一項に記載の鋼板のレーザ溶接方法における光学系(14)と第1の気体噴射手段(17)との間にスパッタに横方向から気体を噴射する第2の気体噴射手段(37)を配置し、該第2の気体噴射手段から第1の気体噴射手段の気体噴射範囲より上方に気体を噴射しながらレーザビームを照射して溶接することを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method in which the spattering is applied between the optical system (14) and the first gas injection means (17) in the laser welding method for a steel sheet according to any one of the first to third aspects. A second gas injection means (37) for injecting a gas from the direction is arranged, and a laser beam is emitted from the second gas injection means while injecting a gas above the gas injection range of the first gas injection means. And welding.

請求項5に記載の発明は、鋼板の端部を突き合わせ、該突き合わせ部にレーザを照射して溶接する鋼板のレーザ溶接装置(10、30、40)であって、複数の結晶体から構成される発振機(11)と、該発振機から放出されるレーザビームを伝送する光ファイバ(12)と、光ファイバが接続され、コリメートレンズ(15)および集光レンズ(16)を有する光学系(14)と、レーザビームの照射により形成される溶融池(C)から飛散するスパッタに向け横方向から気体を噴射する第1の気体噴射手段(17)と、を備え、該第1の気体噴射手段は、該第1の気体噴射手段の噴射口の下端に沿う延長線と溶融池との垂直距離が3mm以下の範囲となるように溶融池の直上を横切って前記気体を噴射可能に配置されることを特徴とする鋼板のレーザ溶接装置を提供することにより前記課題を解決する。   The invention according to claim 5 is a laser welding apparatus (10, 30, 40) for a steel plate that abuts the end of the steel plate and welds the butted portion by irradiating a laser with the laser, and is composed of a plurality of crystals. An optical system (11), an optical fiber (12) for transmitting a laser beam emitted from the oscillator, an optical fiber connected to the optical fiber, and a collimating lens (15) and a condenser lens (16). 14) and first gas injection means (17) for injecting gas from the lateral direction toward the spatter scattered from the molten pool (C) formed by laser beam irradiation, the first gas injection The means is arranged to be able to inject the gas across the molten pool so that the vertical distance between the extension line along the lower end of the injection port of the first gas injection means and the molten pool is 3 mm or less. Steel characterized by The problem is solved by providing a laser welding apparatus for a plate.

請求項6に記載の発明は、請求項5に記載のレーザ溶接装置における第1の気体噴射手段(27)は、鋼板に平行に並列される複数の噴射口を有するノズルを具備することを特徴とする。   The invention according to claim 6 is characterized in that the first gas injection means (27) in the laser welding apparatus according to claim 5 comprises a nozzle having a plurality of injection ports arranged in parallel with the steel plate. And

請求項7に記載の発明は、請求項5又は6に記載の鋼板のレーザ溶接装置における第1の気体噴射手段(17、27)と鋼板との距離を調整する高さ調整手段(48)を備えることを特徴とする。   The invention described in claim 7 is the height adjusting means (48) for adjusting the distance between the first gas injection means (17, 27) and the steel sheet in the steel plate laser welding apparatus according to claim 5 or 6. It is characterized by providing.

請求項8に記載の発明は、請求項5〜7のいずれか一項に記載の鋼板のレーザ溶接装置における光学系(14)と第1の気体噴射手段(17、27)との間に、スパッタに横方向から、かつ第1の気体噴射手段の気体噴射範囲より上方に気体を噴射する第2の気体噴射手段(37)を備えることを特徴とする。   Invention of Claim 8 is between the optical system (14) and 1st gas injection means (17, 27) in the laser welding apparatus of the steel plate as described in any one of Claims 5-7, Sputtering is provided with second gas injection means (37) for injecting gas from the lateral direction and above the gas injection range of the first gas injection means.

請求項9に記載の発明は、請求項5〜8のいずれか一項に記載の鋼板のレーザ溶接装置における発振機(11)は、並列に配置された複数のファイバ状またはディスク状の結晶体から構成されることを特徴とする。   According to a ninth aspect of the present invention, the oscillator (11) in the laser welding apparatus for a steel sheet according to any one of the fifth to eighth aspects includes a plurality of fiber-shaped or disk-shaped crystals arranged in parallel. It is comprised from these.

本発明によれば、レーザ溶接において、被溶接材や光学部品にスパッタが付着することを抑制することができ、被溶接材の品質の向上、及び光学部品の保護をすることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it can suppress that a sputter | spatter adheres to a to-be-welded material or an optical component in laser welding, and can improve the quality of a to-be-welded material and can protect an optical component.

本発明のこのような作用および利得は、次に説明する発明を実施するための最良の形態から明らかにされる。   Such an operation and a gain of the present invention will be clarified from the best mode for carrying out the invention described below.

以下本発明を図面に示す実施形態に基づき説明する。   Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments shown in the drawings.

始めに、本発明のレーザ溶接方法に供される装置の形態例について説明する。図1は第一実施形態にかかる本発明のレーザ溶接装置10に備えられる各構成を模式的に示した図である。溶接装置10は、レーザ発振機11、光ファイバ12、溶接ヘッド14、及びノズル17を備えている。また、溶接ヘッド14は、コリメートレンズ15、集光レンズ16を備える集光系を含むものである。以下に各構成について説明する。   First, the example of the apparatus provided for the laser welding method of the present invention will be described. FIG. 1 is a diagram schematically showing each configuration provided in the laser welding apparatus 10 of the present invention according to the first embodiment. The welding apparatus 10 includes a laser oscillator 11, an optical fiber 12, a welding head 14, and a nozzle 17. The welding head 14 includes a condensing system including a collimating lens 15 and a condensing lens 16. Each configuration will be described below.

レーザ発振機11は、溶接熱源となるレーザを発振する装置である。溶接装置10でレーザ溶接に用いるレーザの種類は、光ファイバ12で伝送可能であれば特に限定されず、そのようなレーザを発振することができればよい。これには例えば、YAGレーザ、ディスクレーザ、ファイバレーザなどの発振機を挙げることができる。このように光ファイバで伝送することができるとともに、高出力を得ることが可能なレーザの使用により効率よく溶接をすることができる。レーザ出力は特に限定されるものではないが、高出力であるほど本発明の効果が顕著となる。   The laser oscillator 11 is a device that oscillates a laser serving as a welding heat source. The type of laser used for laser welding by the welding apparatus 10 is not particularly limited as long as it can be transmitted by the optical fiber 12, and it is sufficient that such a laser can be oscillated. Examples thereof include an oscillator such as a YAG laser, a disk laser, and a fiber laser. Thus, it is possible to perform welding efficiently by using a laser that can be transmitted through an optical fiber and can obtain a high output. The laser output is not particularly limited, but the effect of the present invention becomes more remarkable as the output is higher.

光ファイバ12は、レーザ発振機11から溶接ヘッド14にレーザを伝送する手段である。光ファイバの適用により容易にレーザを伝送することができ、維持も容易な溶接装置10を提供できる。光ファイバ12の径は特に限定されるものではないが、通常1.0mm以下のものが用いられ、集光光学系のサイズとエネルギ密度の観点から径は小さい方がよく、0.6mm以下であることが好ましい。さらに好ましくは0.2mm以下である。   The optical fiber 12 is means for transmitting a laser from the laser oscillator 11 to the welding head 14. By applying an optical fiber, it is possible to provide a welding apparatus 10 that can easily transmit a laser and can be easily maintained. The diameter of the optical fiber 12 is not particularly limited, but a fiber having a diameter of 1.0 mm or less is usually used. The diameter is preferably small from the viewpoint of the size and energy density of the condensing optical system, and is 0.6 mm or less. Preferably there is. More preferably, it is 0.2 mm or less.

溶接ヘッド14は、光ファイバ12の出力端13に接続され、伝送されたレーザを導入し、該レーザを溶接に適するように制御して溶接部に出射する手段である。溶接ヘッド14にはコリメートレンズ15と集光レンズ16とが含まれ、上述した光ファイバ12の径、および両レンズの焦点距離の比により焦点径が決まる。例えば、光ファイバ12の径を小さくするとともに、コリメートレンズの焦点距離に対して集光レンズの焦点距離を小さくすることにより焦点径を小さくすることができる。詳しくは、ファイバ径をDfiber、コリメートレンズの焦点距離をF1、集光レンズの焦点距離をF2としたときに、焦点位置におけるスポット径Dは、D=Dfiber・(F2/F1)で表される。 The welding head 14 is connected to the output end 13 of the optical fiber 12 and is a means for introducing a transmitted laser, controlling the laser to be suitable for welding, and emitting the laser to a welded portion. The welding head 14 includes a collimating lens 15 and a condensing lens 16, and the focal diameter is determined by the diameter of the optical fiber 12 described above and the ratio of the focal lengths of both lenses. For example, the focal diameter can be reduced by reducing the diameter of the optical fiber 12 and reducing the focal length of the condenser lens relative to the focal length of the collimating lens. Specifically, when the fiber diameter is D fiber , the focal length of the collimating lens is F1, and the focal length of the condenser lens is F2, the spot diameter D at the focal position is expressed by D = D fiber · (F2 / F1). Is done.

ノズル17はいわゆる噴射口を備える通常のノズルであり、その噴射口から気体を所定の方向に向けて噴射することができるものである。ここでノズルの種類は特に限定されるものではなく、あらゆる形態のノズルを適用することが可能である。これには例えば矩形の噴射口を有するフラットノズルや円管による丸管ノズル等を挙げることができる。   The nozzle 17 is a normal nozzle having a so-called injection port, and can inject gas from the injection port in a predetermined direction. Here, the type of nozzle is not particularly limited, and any form of nozzle can be applied. Examples thereof include a flat nozzle having a rectangular injection port and a round tube nozzle made of a circular tube.

図1にAで示した破線はノズル17の気体噴射方向の軸線、Bで示した点線で囲まれた部位は噴流が流れる領域を示している。Aはノズル17の噴射口の下端に沿う延長線を示し、Bで示した噴流の流れる領域の下端と概ね一致する。また、Cで示した部位は被溶接材である鋼板1における溶融池Cが形成される部位である。このように、溶接装置10では、ノズル17の軸線Aおよび延長線Aが溶融池Cの真上を通るように構成されるとともに、該軸線Aおよび延長線Aが鋼板1の上面に略平行である。当該軸線Aおよび延長線Aと溶接方向とは必ずしも一致する必要はないが、より効率的なスパッタの付着防止のため、軸線Aおよび延長線Aと溶接方向とは一致することが好ましい。また、図1に示したノズル17のように延長線Aが鋼板1の上面に平行になるように配置する場合の他、図2にノズル17’、延長線A’、又はノズル17’’、延長線A’’で示したように配置しても良い。すなわち、ノズル17’は延長線A’が延長線Aに対して上向きにθ’傾いており、ノズル17’’は延長線A’’が延長線Aに対して下向きにθ’’傾くように配置されている。このようなノズルの配置でも本発明の溶接装置とすることができる。ここでθ’、θ’’の大きさは特に限定されるものではないが、ノズルの配置等の観点からθ’、θ’’ともに0度〜30度であることが好ましく、特にθ’’が0度〜20度であることがさらに好ましい。 The broken line indicated by A in FIG. 1 indicates the axis of the nozzle 17 in the gas injection direction, and the portion surrounded by the dotted line indicated by B indicates the region where the jet flows. A k indicates an extension line along the lower end of the injection port of the nozzle 17 and substantially coincides with the lower end of the region where the jet flow indicated by B. Moreover, the site | part shown by C is a site | part in which the molten pool C in the steel plate 1 which is a to-be-welded material is formed. Thus, in the welding apparatus 10, with the axis A and extension A k of the nozzles 17 are configured to pass directly over the molten pool C, approximately said axis A and extended line A k is the upper surface of the steel sheet 1 Parallel. The axis A and the extension line Ak and the welding direction do not necessarily need to coincide with each other, but the axis A and the extension line Ak and the welding direction preferably coincide with each other in order to prevent spatter adhesion more efficiently. Further, in addition to the case where the extension line Ak is parallel to the upper surface of the steel plate 1 like the nozzle 17 shown in FIG. 1, the nozzle 17 ′, the extension line A ′ k , or the nozzle 17 ′ shown in FIG. It may be arranged as indicated by ', extension line A ″ k . That is, the nozzle 17 ′ is inclined θ ′ with the extension line A ′ k upward with respect to the extension line A k , and the nozzle 17 ″ has the extension line A ″ k with θ ′ downward with respect to the extension line A k . 'It is arranged to tilt. Even with such a nozzle arrangement, the welding apparatus of the present invention can be obtained. Here, the magnitudes of θ ′ and θ ″ are not particularly limited, but θ ′ and θ ″ are preferably 0 ° to 30 ° from the viewpoint of nozzle arrangement and the like, and in particular, θ ″. Is more preferably 0 to 20 degrees.

ノズル17の幅(溶接進行方向と鋼板の板厚方向に直交する方向の噴射口幅)は、溶融池Cを覆うことのできるように、鋼板1表面位置における溶融池Cの幅の1倍程度以上とする。好ましくは3倍以上である。ノズルの厚さ(幅に直角方向の噴射口寸法)は、噴射流量や噴射圧力により適宜設定される。   The width of the nozzle 17 (the width of the injection port in the direction perpendicular to the welding progress direction and the plate thickness direction of the steel plate) is about one time the width of the molten pool C at the surface position of the steel plate 1 so as to cover the molten pool C. That's it. Preferably it is 3 times or more. The thickness of the nozzle (the size of the injection port perpendicular to the width) is appropriately set depending on the injection flow rate and the injection pressure.

ノズル17の高さ方向(図1、図2の紙面上下方向位置)は、後述するようにノズル17の噴射口の下端に沿う延長線A、A’、A’’と、溶融池Cとの垂直距離(図1、図2にDで示した距離)が3mm以下となるように調整される。 The height direction of the nozzle 17 (the vertical position in FIG. 1 and FIG. 2) is extended lines A k , A k ′, A k ″ along the lower end of the nozzle 17, as will be described later. The vertical distance from C (the distance indicated by D in FIGS. 1 and 2) is adjusted to be 3 mm or less.

図3は、第二実施形態に係る本発明の溶接装置に備えられるノズル27を説明するための図である。第二実施形態の溶接装置では、ノズル27以外の各構成は溶接装置10に共通なので、ここでは説明を省略する。図3(a)はノズル27を噴射口側から見た図、図3(b)は、ノズル27が溶接装置に取り付けられた姿勢で上面側から見た図で、軸線や噴流を模式的に表している。   FIG. 3 is a view for explaining the nozzle 27 provided in the welding apparatus of the present invention according to the second embodiment. In the welding apparatus according to the second embodiment, since the components other than the nozzle 27 are common to the welding apparatus 10, the description thereof is omitted here. 3A is a view of the nozzle 27 viewed from the injection port side, and FIG. 3B is a view of the nozzle 27 viewed from the upper surface side in a posture in which the nozzle 27 is attached to the welding apparatus. Represents.

ノズル27は、基部27aに2つの並列する噴射口27b、27cを有していることが特徴である。従ってノズル27は2つの軸線A2、A3を有する2つの噴流B2、B3を出射することが可能である。ここでノズル27の溶接装置への配置は、各噴射口27b、27cが被溶接材の面から同じ高さ位置となるように配置される。また、2つの軸線A2、A3の中間線であるA4が溶融部の真上を通るように設置される。そしてこの場合にもノズル27の噴射口27b、27cの下端に沿う延長線と、溶融池との垂直距離は3mm以下となるように調整される。   The nozzle 27 is characterized by having two parallel injection ports 27b and 27c in the base portion 27a. Accordingly, the nozzle 27 can emit two jets B2 and B3 having two axes A2 and A3. Here, the nozzles 27 are arranged in the welding apparatus so that the respective injection holes 27b and 27c are at the same height from the surface of the material to be welded. In addition, it is installed so that A4, which is an intermediate line between the two axes A2 and A3, passes right above the melting portion. Also in this case, the vertical distance between the extension line along the lower ends of the injection ports 27b and 27c of the nozzle 27 and the molten pool is adjusted to be 3 mm or less.

図3(a)において、Liで示した噴射口の内側の間隔は、溶融池幅に対し狭くなり過ぎると、溶融池直上の噴射速度が大きく、溶融池から溶融金属が流出してスパッタが増加し、逆に溶融池幅よりも広いと、溶融池から飛散するスパッタを吹き飛ばすことができないため、溶融池幅に対し0.5倍以上1倍以下とすることが好ましい。また、Loで示した噴射口の外側の間隔は溶融池を覆うことのできるように、溶融池幅の1倍以上で、好ましくは3倍以上である。   In FIG. 3 (a), if the interval inside the injection port indicated by Li becomes too narrow with respect to the molten pool width, the injection speed immediately above the molten pool increases, the molten metal flows out of the molten pool, and the spatter increases. On the contrary, if the width is larger than the molten pool width, the spatter scattered from the molten pool cannot be blown off, and therefore it is preferably 0.5 times or more and 1 time or less with respect to the molten pool width. Moreover, the space | interval of the outer side of the injection nozzle shown by Lo is 1 time or more of a molten pool width, Preferably it is 3 times or more so that a molten pool can be covered.

図4、図5は第三実施形態に係る本発明の溶接装置30を説明するための模式図で、特に溶接装置30に備えられる第1の気体噴射手段のノズル17、第2の気体噴射手段のノズル37の配置に注目した図である。図4は鋼板1’、2’のレーザが照射される面側から溶接装置30を見たときにノズル17、37がどのように配置されているかを模式的に表している。図5は溶接装置30を正面側から見た図で、各構成を模式的に表した図である。図4、図5からわかるように、溶接装置30では、溶接装置10の構成に加えてさらにもう1つのノズル37が備えられていることが特徴である。溶接装置30におけるノズル37以外の各構成については溶接装置10と共通するのでここでは説明を省略する。図4にEで示した線はノズル37の軸線を、Fで示した領域は噴流が通る範囲をそれぞれ表すものである。   4 and 5 are schematic views for explaining the welding apparatus 30 of the present invention according to the third embodiment, and in particular, the nozzle 17 of the first gas injection means and the second gas injection means provided in the welding apparatus 30. FIG. It is the figure which paid its attention to arrangement | positioning of the nozzle 37 of this. FIG. 4 schematically shows how the nozzles 17 and 37 are arranged when the welding apparatus 30 is viewed from the side of the steel plates 1 ′ and 2 ′ irradiated with the laser. FIG. 5 is a view of the welding apparatus 30 as viewed from the front side, and is a diagram schematically showing each configuration. As can be seen from FIGS. 4 and 5, the welding apparatus 30 is characterized in that another nozzle 37 is provided in addition to the configuration of the welding apparatus 10. Since the components other than the nozzle 37 in the welding apparatus 30 are the same as those in the welding apparatus 10, description thereof is omitted here. The line indicated by E in FIG. 4 represents the axis of the nozzle 37, and the area indicated by F represents the range through which the jet flows.

図4、図5では、ノズル37は、ノズル17の軸線Aとノズル37の軸線Eとが角度φのねじれの位置となる関係を有するように配置されている。しかし、必ずしもねじれの位置となる関係を有するように配置される必要はなく、軸線Aと軸線Eとが同じ方向となるように配置されてもよい。角度φは、50度以内とするのが好ましい。
ノズル37の噴流がノズル17の噴流と干渉すると、ノズル17によるスパッタ吹き飛ばし効果が低下するため、ノズル37の噴流がノズル17の噴流と干渉しない距離Gを選定するのがよい。ここで、Eは、ノズル37の噴射口の下端の延長線である。具体的には、ノズル37の距離Gはノズル17の噴射口の上端の軸線に平行な延長線の高さ以上とすることが望ましい。上限は特に限定されないが、実質的には集光レンズにスパッタが付着しないように、ノズル37は集光レンズより下方に設置する。なお、図4、図5では、ノズル37を1個設ける例を示したが、この例に限定されるものでなく複数個のノズルを配置しても良い。
4 and 5, the nozzle 37 is arranged so that the axis A of the nozzle 17 and the axis E of the nozzle 37 have a relationship of being twisted at an angle φ. However, it does not necessarily have to be arranged so as to have a twisted position, and the axis A and the axis E may be arranged in the same direction. The angle φ is preferably within 50 degrees.
When the jet flow of the nozzle 37 interferes with the jet flow of the nozzle 17, the spatter blowing effect by the nozzle 17 is reduced. Therefore, it is preferable to select a distance G at which the jet flow of the nozzle 37 does not interfere with the jet flow of the nozzle 17. Here, E k is an extension line of the lower end of the injection port of the nozzle 37. Specifically, it is desirable that the distance G of the nozzle 37 be equal to or greater than the height of the extension line parallel to the axis of the upper end of the nozzle 17 nozzle. Although the upper limit is not particularly limited, the nozzle 37 is installed below the condenser lens so that spatter does not substantially adhere to the condenser lens. 4 and 5 show an example in which one nozzle 37 is provided, the present invention is not limited to this example, and a plurality of nozzles may be arranged.

また、ノズル37もノズル17と同様、その噴射口の下端に沿う延長線Eが溶融池Cの真上を通るように構成されるとともに、該延長線Eが鋼板1’の上面に略平行である。しかし、これに限定されることはなく、ノズル37もノズル17’、17’’のように、ノズル噴射口の下端に沿う延長線が鋼板の上面に対して角度を有して配置されてもよい。なお、ノズル37は、その水平方向の噴射口の幅が溶融池の幅以上で集光レンズの径以下とするのがよい。ノズル37の噴射口厚さは、噴射流量や噴射圧力とにより適宜設定される。 Similarly to the nozzle 17, the nozzle 37 is configured such that an extension line E k along the lower end of the injection port passes directly above the molten pool C, and the extension line E k is substantially on the upper surface of the steel plate 1 ′. Parallel. However, the present invention is not limited to this, and the nozzle 37 may also be arranged such that the extension line along the lower end of the nozzle injection port has an angle with respect to the upper surface of the steel plate, like the nozzles 17 ′ and 17 ″. Good. The nozzle 37 preferably has a horizontal injection port width that is not less than the width of the molten pool and not more than the diameter of the condenser lens. The injection port thickness of the nozzle 37 is appropriately set according to the injection flow rate and the injection pressure.

図6は第四実施形態に係る溶接装置40を説明するための図である。溶接装置40では溶接装置10の構成に加えてさらに、ノズル高さ調整手段48が備えられている。ノズル高さ調整手段48以外の構成については溶接装置10の各構成と共通するのでここでは説明を省略する。   FIG. 6 is a view for explaining a welding apparatus 40 according to the fourth embodiment. In addition to the configuration of the welding apparatus 10, the welding apparatus 40 further includes nozzle height adjusting means 48. Since the configuration other than the nozzle height adjusting means 48 is common to each configuration of the welding apparatus 10, the description thereof is omitted here.

ノズル高さ調整手段48は、ノズル高さ方向(図6の紙面上下方向)位置を変更させる手段である。これによれば、例えば溶接部に照射されるスポットを焦点位置からずらす(デフォーカス)、又はデフォーカスの量を変更するに伴い、ノズル17の高さを変更する必要に応じて容易にノズルの位置を変更させることができる。当該ノズル調整手段48は、図6に示したように、光学系14に組み込み、一体化された構造であってもよい。   The nozzle height adjusting means 48 is a means for changing the position in the nozzle height direction (up and down direction in FIG. 6). According to this, for example, when the spot irradiated on the welded portion is shifted from the focal position (defocus) or the amount of defocus is changed, the height of the nozzle 17 can be easily changed as necessary. The position can be changed. As shown in FIG. 6, the nozzle adjustment means 48 may be incorporated in the optical system 14 and integrated.

ノズル高さ調整手段48の高さ調整のために備えられる機構等は特に限定されるものではない。例えば機械的に構成された機構であってもよいし、電気的に位置を検出して予め記憶させておいたプログラム位置に自動に移動するように構成されていてもよい。   A mechanism or the like provided for adjusting the height of the nozzle height adjusting means 48 is not particularly limited. For example, it may be a mechanically configured mechanism, or may be configured to automatically move to a program position stored in advance by electrically detecting the position.

以上説明したような溶接装置10、30、40等により、スパッタによる光学部品損傷の防止、および被溶接材へのスパッタの付着を防止することができる。   By using the welding apparatuses 10, 30, 40, etc. as described above, it is possible to prevent optical component damage due to spatter and to prevent spatter from adhering to the material to be welded.

次に、本発明の溶接方法について説明する。わかりやすさのため、ここでは上記した溶接装置を用いて溶接することを説明するが、本発明の溶接方法はこれに限定されることはなく、本発明の効果を奏するあらゆる装置を用いることができる。   Next, the welding method of the present invention will be described. For the sake of clarity, welding using the above-described welding apparatus will be described here, but the welding method of the present invention is not limited to this, and any apparatus that exhibits the effects of the present invention can be used.

第一実施形態にかかる本発明の溶接方法M1は、例えば溶接装置10を用いて溶接されることによりおこなわれる。すなわち突き合わせられた鋼板1、2をレーザビームを用いて溶接する場合において、ノズルの噴射口下端に沿う延長線Aと、溶融池Cとの垂直距離(図1にDで示した距離)が3mm以内とされる。好ましくは2mm以内である。 The welding method M1 of the present invention according to the first embodiment is performed by welding using, for example, the welding apparatus 10. That steel plates 1 and 2 which are butted in the case of welding using a laser beam, and the extension line A k along the injection port lower end of the nozzle, the vertical distance between the molten pool C (distance indicated by D in FIG. 1) Within 3 mm. Preferably, it is within 2 mm.

これにより、スパッタとして飛散した溶融金属は噴流の方向に吹き飛ばされる。そしてスパッタが鋼板表面に付着するまでの飛散時間が長くなるためスパッタの表面が十分に冷却され、また溶融池からより離れた鋼板温度が低い場所に飛散するため、鋼板表面への固着が防止される。これにより、鋼板表面への付着に伴う溶接品欠陥の発生を防止することができる。同様に光学機器への付着も抑制することが可能となる。   Thereby, the molten metal scattered as spatter is blown off in the direction of the jet. And since the scattering time until the spatter adheres to the steel sheet surface becomes long, the surface of the spatter is sufficiently cooled, and the steel sheet is scattered farther away from the molten pool to a place where the steel plate temperature is low. The Thereby, generation | occurrence | production of the welded article defect accompanying adhesion to the steel plate surface can be prevented. Similarly, it is possible to suppress adhesion to the optical device.

また、ノズルの下端に沿う延長線と、溶融池との垂直距離を3mm以内と小さくすることで溶融池から上方に放射状に飛散するスパッタに対して当該放射状であるうちのまだあまり広がっていない段階で噴流を当てることができ、効率よくスパッタ付着を防止することができる。   Further, by reducing the vertical distance between the extension line along the lower end of the nozzle and the molten pool to within 3 mm, the sputter that radiates upward from the molten pool is not yet spread out. In this way, a jet can be applied and spatter adhesion can be prevented efficiently.

噴流は、溶融池の上面に対して水平であることが好ましいが、これに限定されることはなく、溶融池の上面に対して離れる、または近づく方向に角度を有してもよい。当該角度は特に限定されるものではないが、噴流が直接に溶融池に当たると該溶融池から溶融金属が流れ出すことがあることから、図2に示したθ’、θ’’において、θ’、θ’’ともに0度〜30度であることが好ましく、特にθ’’が0度〜20度であることが好ましい。   The jet is preferably horizontal with respect to the upper surface of the molten pool, but is not limited thereto, and may have an angle in a direction away from or closer to the upper surface of the molten pool. The angle is not particularly limited, but when the jet directly hits the molten pool, the molten metal may flow out of the molten pool. Therefore, in θ ′, θ ″ shown in FIG. Both θ ″ are preferably 0 ° to 30 °, and in particular, θ ″ is preferably 0 ° to 20 °.

噴射される気体の種類は特に限定されるものではないが、圧縮空気や不活性ガス、酸素、窒素等を用いることができる。噴流の条件としては例えば圧縮空気で圧力0.3MPa〜0.7Mpaで流量100L/分〜300L/分であることが望ましい。   Although the kind of gas injected is not specifically limited, Compressed air, inert gas, oxygen, nitrogen, etc. can be used. As conditions for the jet flow, for example, compressed air and a pressure of 0.3 MPa to 0.7 MPa and a flow rate of 100 L / min to 300 L / min are desirable.

第二実施形態に係る本発明の溶接方法M2は例えば第二実施形態に係る溶接装置を用いて行われる。すなわち溶接方法M2では、溶接方法M1に加えて噴流の速度分布に特徴がある。具体的には、図7に示したように、その流速分布が中央部で遅くなる。そして当該速度分布において、中央の遅くなる部分が溶融池の真上を通過するように溶接される。これにより溶融池への噴流の直接的な影響を減じることが可能となる。従って、噴流をより溶融池に近づけることが可能となり、さらに効率よくスパッタの付着を防止することができる。   The welding method M2 of the present invention according to the second embodiment is performed using, for example, a welding apparatus according to the second embodiment. That is, the welding method M2 is characterized by a jet velocity distribution in addition to the welding method M1. Specifically, as shown in FIG. 7, the flow velocity distribution becomes slower at the center. And in the said velocity distribution, it welds so that the slow part of the center may pass just above a molten pool. This makes it possible to reduce the direct influence of the jet flow on the molten pool. Therefore, it becomes possible to make the jet flow closer to the molten pool, and it is possible to more efficiently prevent spatter adhesion.

第三実施形態にかかる本発明の溶接方法M3は例えば溶接装置30を用いて行われる。すなわち、溶接方法M1又は溶接方法M2において供給される第1の噴流に加え、光学機器に近い側の高さ位置に第2の噴流が噴射されつつ溶接が行われる。当該第2の噴流は上記したノズル37等により供給され、噴流の配置等については上記した通りである。これによれば、光学機器に近い側に噴流が備えられるので、光学機器へのスパッタの付着をさらに抑制することが可能となる。   The welding method M3 of the present invention according to the third embodiment is performed using, for example, the welding apparatus 30. That is, in addition to the first jet supplied in the welding method M1 or the welding method M2, welding is performed while the second jet is jetted at a height position closer to the optical device. The second jet is supplied by the nozzle 37 and the like, and the arrangement and the like of the jet are as described above. According to this, since the jet is provided on the side close to the optical device, it is possible to further suppress the adhesion of spatter to the optical device.

以上説明したような溶接方法M1〜M3等により、スパッタによる光学部品損傷の防止、および被溶接材へのスパッタの付着を防止することができる。なおここまで被溶接材として鋼材を例に説明したが、これに限定されることはなく、ステンレス鋼、チタン、アルミニウム等の他の金属の板材にも適用可能である。   By the welding methods M1 to M3 and the like described above, it is possible to prevent optical parts from being damaged by spatter and to prevent spatter from adhering to the material to be welded. In addition, although steel material was demonstrated to the example as a to-be-welded material so far, it is not limited to this, It can apply also to plate materials of other metals, such as stainless steel, titanium, and aluminum.

次に実施例によりさらに詳しく説明する。ただし、本発明は本実施例に限定されるものではない。   Next, the embodiment will be described in more detail. However, the present invention is not limited to this embodiment.

実施例では、様々な条件下で鋼板の突き合わせ溶接をおこない、その時のスパッタ付着状況を評価した。以下に詳しく説明する。   In the examples, butt welding of steel sheets was performed under various conditions, and the sputter adhesion state at that time was evaluated. This will be described in detail below.

<条件>
各例における共通の条件は次の通りである。
・供試鋼板:低炭素鋼(C:0.02質量%)、板厚6.0mm
・レーザ発振機:ファイバレーザ発振機、出力10kW
・コリメートレンズ:焦点距離125mm
・集光レンズ:焦点距離200mm
・スポット条件:デフォーカス量5mm
・溶接速度:3.4m/分
<Conditions>
The common conditions in each example are as follows.
-Test steel plate: Low carbon steel (C: 0.02 mass%), plate thickness 6.0 mm
・ Laser oscillator: Fiber laser oscillator, output 10kW
-Collimating lens: Focal length 125mm
・ Condenser lens: focal length 200mm
・ Spot condition: Defocus amount 5mm
・ Welding speed: 3.4 m / min

その他の条件を表1に示す。   Other conditions are shown in Table 1.

Figure 2009166050
Figure 2009166050

ここで、第1の噴射ノズルとして、フラットノズル又は丸管隣接ノズルを用いた。フラットであるノズル形状では、噴流の横断面において概ね均一な速度分布を得ることができる。一方、丸管隣接ノズルは、内径4mm、外径6mmの丸管2本を水平方向に隣接したノズルを用い、これにより図7に示したような噴流の横断面において中央の速度が遅い速度分布をえることができる。いずれのノズルもノズル先端位置がレーザ光路より12mm離れた位置に配置し、圧力0.5MPa、100L/分の圧縮空気を噴射した。   Here, a flat nozzle or a round tube adjacent nozzle was used as the first injection nozzle. With a flat nozzle shape, a substantially uniform velocity distribution can be obtained in the cross section of the jet. On the other hand, the nozzle adjacent to the round tube uses a nozzle in which two round tubes having an inner diameter of 4 mm and an outer diameter of 6 mm are adjacent to each other in the horizontal direction, so that the velocity distribution at the center is slow in the cross section of the jet as shown in FIG. You can All nozzles were disposed at positions where the nozzle tip position was 12 mm away from the laser beam path, and compressed air was injected at a pressure of 0.5 MPa and 100 L / min.

第2の噴射ノズルとして、幅50mmのフラットノズルを用い、被溶接材表面から50mmの高さで、その軸線が第1の噴射ノズルの軸線と同じ方向になるように配置し、圧力0.5MPaの圧縮空気を300L/分で噴射した。   A flat nozzle having a width of 50 mm is used as the second injection nozzle, and is arranged at a height of 50 mm from the surface of the material to be welded so that its axis is in the same direction as the axis of the first injection nozzle. Of compressed air was injected at 300 L / min.

ノズルの高さ方向位置は、ノズルの噴射口下端に沿う延長線と、溶融池との垂直距離で定義される。   The position in the height direction of the nozzle is defined by the vertical distance between the extension line along the lower end of the nozzle and the molten pool.

噴射角度(垂直角)は、鋼板表面に平行な線に対する上下方向の傾きを意味し、No.7、8はそれぞれ下向きに15°、40°である。噴射角度(水平角)のうち前向きとは、溶接進行方向に噴射をすることを意味し、その角度は被溶接材の上面に平行な面内における溶接進行方向に対する角度である。また、後向きとは、溶接進行方向とは反対に噴射をすることを意味する。第2の噴流のノズルは、いずれの例でも噴射角度(垂直角)は0°、噴射角度(水平角)は前向きに0°である。   The injection angle (vertical angle) means the vertical inclination with respect to a line parallel to the steel plate surface. 7 and 8 are 15 degrees and 40 degrees downward, respectively. The forward direction of the spray angle (horizontal angle) means spraying in the welding progress direction, and the angle is an angle with respect to the welding progress direction in a plane parallel to the upper surface of the workpiece. Further, “backward” means that the injection is performed in the direction opposite to the welding progress direction. In any example, the nozzle of the second jet has an injection angle (vertical angle) of 0 ° and an injection angle (horizontal angle) of 0 ° in the forward direction.

<評価>
溶接の評価は、溶接の評価は、スパッタの飛散高さおよび被溶接材へのスパッタ付着個数で行った。スパッタの飛散高さは、溶接部直上に飛散するスパッタを目視し、被溶接材表面から100mmを越える場合には「高」、50mmを越える場合には「中」、それ以下を「低」として、3水準にて判定した。そして、「中」および「低」を光学系レンズへのスパッタ付着がなく良好とした。被溶接材へのスパッタ付着個数は溶接長100mmあたりに付着しているスパッタの個数を数え、5個以下を良好とした。また、これらの評価から、スパッタ付着としての総合判定を行い、◎、○、×の3水準で評価し、前から順に、特に良好、良好、不良とした。結果を表2に示す。
<Evaluation>
Welding was evaluated based on the spatter scattering height and the number of spatters attached to the material to be welded. The spatter scattering height is determined by observing the spatter scattered right above the welded part. If it exceeds 100 mm from the surface of the material to be welded, it will be “high”, if it exceeds 50 mm, it will be “medium”, and below that will be “low”. Judged at 3 levels. Then, “medium” and “low” were determined to be good with no spatter adhesion to the optical system lens. The number of spatters deposited on the material to be welded was determined by counting the number of spatters deposited per 100 mm weld length, and 5 or less. Further, from these evaluations, comprehensive determination as spatter adhesion was performed, and evaluation was made at three levels of ◎, ◯, and ×, and in order from the front, particularly good, good, and poor. The results are shown in Table 2.

Figure 2009166050
Figure 2009166050

表2からわかるように、本発明例の溶接によれば、いずれも被溶接材へのスパッタ付着個数を少なく抑えることができた。総合判定も良好以上である。一方、比較例の溶接によれば、No.1、2のように、被溶接材へのスパッタ付着が20個以上と多くなった。また、No.6では第1の噴射ノズルの噴射口下端の軸線に平行な延長線と溶融池との垂直距離が高さが4mmであり、4mm以下の大粒のスパッタが被溶接材表面に10個以上付着した。   As can be seen from Table 2, according to the welding of the examples of the present invention, it was possible to reduce the number of spatters attached to the material to be welded. The overall judgment is also good or better. On the other hand, according to the welding of the comparative example, No. As in 1 and 2, the spatter adherence to the material to be welded increased to 20 or more. No. In No. 6, the vertical distance between the extension line parallel to the axis of the lower end of the first injection nozzle and the molten pool is 4 mm in height, and 10 or more large spatters of 4 mm or less adhered to the surface of the workpiece. .

以上、現時点において最も実践的であり、かつ好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う、レーザ溶接方法、およびその装置も本発明の技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。   Although the present invention has been described in connection with the most practical and preferred embodiments at the present time, the present invention is not limited to the embodiments disclosed herein, but is claimed. The laser welding method and apparatus accompanying such changes can be appropriately changed without departing from the scope of the invention and the gist or idea of the invention that can be read from the entire specification, and the laser welding method and apparatus accompanying such changes are also included in the technical scope of the present invention. Must be understood as.

第一実施形態にかかる本発明の溶接装置の各構成を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically each structure of the welding apparatus of this invention concerning 1st embodiment. ノズル及び噴流が上向き又は下向きに傾けられた例を示す図である。It is a figure which shows the example in which the nozzle and the jet flow were inclined upward or downward. 第二実施形態にかかる本発明の溶接装置に備えられるノズルを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the nozzle with which the welding apparatus of this invention concerning 2nd embodiment is equipped. 第三実施形態にかかる本発明の溶接装置のノズルの配置を説明するための図である。It is a figure for demonstrating arrangement | positioning of the nozzle of the welding apparatus of this invention concerning 3rd embodiment. 第三実施形態にかかる本発明の溶接装置の各構成を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically each structure of the welding apparatus of this invention concerning 3rd embodiment. 第四実施形態にかかる本発明の溶接装置の各構成を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically each structure of the welding apparatus of this invention concerning 4th embodiment. 第二実施形態にかかる本発明の溶接方法における噴流の速度分布と溶融池との関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between the velocity distribution of a jet, and a molten pool in the welding method of this invention concerning 2nd embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 被溶接材
2 被溶接材
10 レーザ溶接装置
11 レーザ発振機
12 光ファイバ
14 溶接ヘッド
15 コリメートレンズ
16 集光レンズ
17、27 ノズル(第1の気体噴射手段)
37 ノズル(第2の気体噴射手段)
48 高さ調整手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 To-be-welded material 2 To-be-welded material 10 Laser welding apparatus 11 Laser oscillator 12 Optical fiber 14 Welding head 15 Collimating lens 16 Condensing lens 17, 27 Nozzle (1st gas injection means)
37 nozzle (second gas injection means)
48 Height adjustment means

Claims (9)

複数の結晶体から構成される発振機から放出され、光ファイバにより伝送され、光学系で集光されたレーザビームを用いて突き合わされた鋼板を溶接する方法であって、
前記光学系と前記鋼板との間に、前記レーザビームの照射により形成される溶融池から飛散するスパッタに向け横方向から気体を噴射する第1の気体噴射手段を配置し、
該第1の気体噴射手段の噴射口の下端に沿う延長線と前記溶融池との垂直距離が3mm以下の範囲となるように前記溶融池の直上を横切って前記気体を噴射しながらレーザビームを照射して溶接することを特徴とする鋼板のレーザ溶接方法。
A method of welding steel plates that are emitted from an oscillator composed of a plurality of crystal bodies, transmitted by an optical fiber, and abutted using a laser beam collected by an optical system,
Between the optical system and the steel plate, a first gas injection means for injecting gas from the lateral direction toward the spatter scattered from the molten pool formed by irradiation of the laser beam,
A laser beam is emitted while jetting the gas across the weld pool so that the vertical distance between the extension line along the lower end of the jet port of the first gas jet means and the melt pool is 3 mm or less. A laser welding method for a steel sheet, characterized by irradiation and welding.
前記気体が溶接進行方向に噴射されることを特徴とする請求項1に記載の鋼板のレーザ溶接方法。   The method of laser welding a steel sheet according to claim 1, wherein the gas is injected in a welding progress direction. 前記第1の気体噴射手段から噴射する気体の速度分布が、前記鋼板表面に平行な断面において、前記溶融池の直上に比べその両側の速度の方が大きいことを特徴とする請求項1又は2に記載の鋼板のレーザ溶接方法。   The velocity distribution of the gas injected from the first gas injection means is such that, in a cross section parallel to the surface of the steel plate, the velocity on both sides thereof is greater than directly above the molten pool. A method for laser welding of steel sheets as described in 1. 前記光学系と前記第1の気体噴射手段との間に前記スパッタに横方向から気体を噴射する第2の気体噴射手段を配置し、
該第2の気体噴射手段から前記第1の気体噴射手段の気体噴射範囲より上方に気体を噴射しながらレーザビームを照射して溶接する請求項1〜3のいずれか一項に記載の鋼板のレーザ溶接方法。
Between the optical system and the first gas injection means, a second gas injection means for injecting a gas from the lateral direction to the sputter is disposed,
The steel plate according to any one of claims 1 to 3, wherein welding is performed by irradiating a laser beam while injecting a gas from the second gas injection unit to above the gas injection range of the first gas injection unit. Laser welding method.
鋼板の端部を突き合わせ、該突き合わせ部にレーザを照射して溶接する鋼板のレーザ溶接装置であって、
複数の結晶体から構成される発振機と、
該発振機から放出されるレーザビームを伝送する光ファイバと、
前記光ファイバが接続され、コリメートレンズおよび集光レンズを有する光学系と、
前記レーザビームの照射により形成される溶融池から飛散するスパッタに向け横方向から気体を噴射する第1の気体噴射手段と、を備え、
該第1の気体噴射手段は、該第1の気体噴射手段の噴射口の下端に沿う延長線と前記溶融池との垂直距離が3mm以下の範囲となるように前記溶融池の直上を横切って前記気体を噴射可能に配置されることを特徴とする鋼板のレーザ溶接装置。
It is a laser welding apparatus for a steel plate that abuts the end portion of the steel plate and irradiates the butt portion with laser to weld it,
An oscillator composed of a plurality of crystals,
An optical fiber for transmitting a laser beam emitted from the oscillator;
An optical system to which the optical fiber is connected and having a collimating lens and a condenser lens;
A first gas injection means for injecting a gas from the lateral direction toward the spatter scattered from the molten pool formed by the irradiation of the laser beam,
The first gas injection means traverses directly above the molten pool so that the vertical distance between the extension line along the lower end of the injection port of the first gas injection means and the molten pool is 3 mm or less. A laser welding apparatus for steel sheets, wherein the gas is arranged to be jettable.
前記第1の気体噴射手段は、前記鋼板に平行に並列される複数の噴射口を有するノズルを具備することを特徴とする請求項5に記載のレーザ溶接装置。   The laser welding apparatus according to claim 5, wherein the first gas injection means includes a nozzle having a plurality of injection ports arranged in parallel with the steel plate. 前記第1の気体噴射手段と前記鋼板との距離を調整する高さ調整手段を備える請求項5又は6に記載の鋼板のレーザ溶接装置。   The laser welding apparatus of the steel plate of Claim 5 or 6 provided with the height adjustment means which adjusts the distance of a said 1st gas injection means and the said steel plate. 前記光学系と前記第1の気体噴射手段との間に、前記スパッタに横方向から、かつ前記第1の気体噴射手段の気体噴射範囲より上方に気体を噴射する第2の気体噴射手段を備えることを特徴とする請求項5〜7のいずれか一項に記載の鋼板のレーザ溶接装置。   Between the optical system and the first gas injection means, there is provided a second gas injection means for injecting gas from the lateral direction to the sputter and above the gas injection range of the first gas injection means. The steel plate laser welding apparatus according to any one of claims 5 to 7. 前記発振機は、並列に配置された複数のファイバ状またはディスク状の結晶体から構成される請求項5〜8のいずれか一項に記載の鋼板のレーザ溶接装置。   The steel plate laser welding apparatus according to any one of claims 5 to 8, wherein the oscillator includes a plurality of fiber-shaped or disk-shaped crystals arranged in parallel.
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