JP5499593B2 - Laser welding method and laser welding apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、上下に重ね合わせられた平板状の二枚の金属板のレーザー溶接方法及びレーザー溶接装置に関し、金属溶接技術の分野に属する。 The present invention relates to a laser welding method and a laser welding apparatus for two flat metal plates stacked one above the other, and belongs to the field of metal welding technology.
近年、上下に重ね合わされた二枚の金属板の溶接として、レーザー溶接が利用されつつある。このレーザー溶接は、二枚の金属板の上側の金属板表面に向けてレーザー光を照射しつつ該レーザー光を所定の溶接経路に沿ってこれら二枚の金属板に対して移動させることにより、二枚の金属板を溶融させて線状の溶接ビードを形成させるものである。 In recent years, laser welding is being used to weld two metal plates stacked one above the other. This laser welding is performed by moving the laser light with respect to the two metal plates along a predetermined welding path while irradiating laser light toward the upper metal plate surface of the two metal plates. Two metal plates are melted to form a linear weld bead.
また、レーザー光が照射される被照射部にフィラーワイヤを供給しながら上下に重ね合わせられた二枚の金属板をレーザー溶接することにより、金属板だけでなくフィラーワイヤも溶融させて、すなわち溶融金属を増加させて、二枚の金属板を連結させることも知られている。 Also, not only the metal plate but also the filler wire is melted, that is, melted by laser welding the two metal plates stacked one above the other while supplying the filler wire to the irradiated part that is irradiated with laser light. It is also known to connect two metal plates by increasing the metal.
このようにレーザー光の被照射部にフィラーワイヤを供給しながらレーザー溶接する際には、溶接終了時に、フィラーワイヤと溶接部とが接続され、該ワイヤを無理に引き離したときに、ワイヤの先端部に溶接部の金属固化物が玉状に付着したり溶接部に穴部が形成されたりするという溶接不良を生じる場合がある。 In this way, when laser welding is performed while supplying a filler wire to the irradiated portion of the laser beam, the filler wire and the welded portion are connected at the end of welding, and when the wire is forcibly separated, the tip of the wire In some cases, a weld failure occurs in which the metal solidified product of the welded portion adheres in a ball shape or a hole is formed in the welded portion.
これに対処するものとして、例えば特許文献1には、突き合わせ部にフィラーワイヤを供給しながらレーザー溶接するものであるが、溶接が終了してレーザー光の照射を停止したときにフィラーワイヤに所定の電流を流してフィラーワイヤを切断することが開示されている。また、例えば特許文献2には、レーザー照射停止タイミングよりも前のタイミングでフィラーワイヤの供給を停止することが開示されている。
In order to cope with this, for example, in Patent Document 1, laser welding is performed while supplying a filler wire to a butt portion. However, when welding is finished and laser irradiation is stopped, a predetermined amount is applied to the filler wire. It is disclosed that an electric current is passed to cut the filler wire. For example,
ところで、レーザー光が照射される被照射部にフィラーワイヤを供給しながら上下に重ね合わせられた平板状の二枚の金属板をレーザー溶接する場合、金属板とフィラーワイヤとをレーザー光によって溶融させることから、フィラーワイヤの溶融にエネルギーが消費されて金属板の溶融が不十分となることがある。 By the way, in the case of laser welding two flat metal plates that are stacked one on top of the other while supplying filler wire to the irradiated part that is irradiated with laser light, the metal plate and filler wire are melted by laser light. For this reason, energy is consumed for melting the filler wire, and the metal plate may not be sufficiently melted.
これに対して、二枚の金属板のうち上側の金属板表面に向けてレーザー光を照射することにより金属板を溶融させて溶融金属が貯留されてなる溶融池を形成し、この溶融池にフィラーワイヤをレーザー光の被照射部よりも溶接進行方向後方に供給することで、レーザー光のエネルギーがフィラーワイヤの溶融に消費されることなく、金属板の溶融に利用することが可能であると考えられる。 In contrast, by irradiating a laser beam toward the upper metal plate surface of the two metal plates, the metal plate is melted to form a molten pool in which the molten metal is stored. By supplying the filler wire behind the laser beam irradiated part in the welding progress direction, the energy of the laser beam can be used for melting the metal plate without being consumed for melting the filler wire. Conceivable.
また、上下に重ね合わせられた平板状の二枚の金属板をレーザー溶接する場合、二枚の金属板における対向する面は一般に完全な平面ではないので、二枚の金属板間には少なからず隙間が生じることとなるが、フィラーワイヤを溶融池に供給する前記方法によれば、二枚の金属板の間の対向する面に隙間が生じている場合においても、フィラーワイヤを用いて二枚の金属板を連結させることができると考えられる。 In addition, when laser welding two flat metal plates stacked one above the other, the opposing surfaces of the two metal plates are generally not perfectly flat, so there are not a few gaps between the two metal plates. According to the above method for supplying filler wire to the molten pool, even when a gap is formed on the opposing surface between the two metal plates, the filler metal is used to form the two metals. It is believed that the plates can be connected.
しかしながら、フィラーワイヤを溶融池に供給しながら上下に重ね合わせられた平板状の二枚の金属板をレーザー溶接する場合には、フィラーワイヤが溶融池に供給されていることから、溶接終了時に、該ワイヤが溶融池の溶融金属が凝固して形成される溶接部に固着し、無理に引き離したときに、前述の場合と同様に、ワイヤの先端部に溶接部の金属固化物が玉状に付着したり溶接部に穴部が形成されたりするという溶接不良を生じることになる。 However, in the case of laser welding two flat metal plates stacked on top and bottom while supplying filler wire to the molten pool, since filler wire is supplied to the molten pool, at the end of welding, When the wire is fixed to the welded part formed by solidification of the molten metal in the molten pool and is forcibly separated, the metal solidified product of the welded part is in a ball shape at the tip of the wire as described above. This results in poor welding such as adhesion or formation of a hole in the weld.
そこで、本発明は、前記技術的課題に鑑みてなされたもので、フィラーワイヤを溶融池に供給しながら二枚の金属板をレーザー溶接するレーザー溶接において、溶接終了時に、フィラーワイヤと金属板とを良好に切り離すことができるレーザー溶接方法及びレーザー溶接装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above technical problem, and in laser welding in which two metal plates are laser-welded while supplying a filler wire to a molten pool, at the end of welding, the filler wire and the metal plate An object of the present invention is to provide a laser welding method and a laser welding apparatus that can satisfactorily detach the metal.
このため、本願の請求項1に係る発明は、上下に重ね合わせられた状態で対向する面の間に隙間が生じた平板状の二枚の金属板のうち上側の金属板表面に所定のエネルギー密度を有するレーザー光を照射し、前記金属板を溶融させて溶融金属が貯留されてなる溶融池を形成するとともに、前記溶融池における前記レーザー光の被照射部よりも溶接進行方向後方にフィラーワイヤを供給し、二枚の金属板をレーザー溶接するレーザー溶接方法であって、溶接終了時に、レーザー光を照射するレーザーヘッドを、前記フィラーワイヤにレーザー光を照射することができるように移動させる第1ステップと、前記フィラーワイヤに前記レーザーヘッドから前記所定のエネルギー密度よりもエネルギー密度を低下させたレーザー光を照射する第2ステップと、前記フィラーワイヤに前記レーザー光を照射した状態で前記フィラーワイヤを前記溶融池への供給方向と反対方向に引き戻し、前記フィラーワイヤと前記金属板とを切り離す第3ステップと、を備え、前記第1ステップでは、前記レーザー光の被照射部が前記フィラーワイヤの前記溶融池への進入部分を含むように前記レーザーヘッドを移動させる、ことを特徴としたものである。 For this reason, in the invention according to claim 1 of the present application, predetermined energy is applied to the surface of the upper metal plate among the two flat plate-like metal plates in which a gap is generated between the surfaces facing each other in a state where they are stacked one above the other. A laser beam having a density is irradiated to form a molten pool in which the molten metal is stored by melting the metal plate, and a filler wire is located behind the irradiated portion of the laser beam in the molten pool in the welding progress direction. A laser welding method for laser welding two metal plates, wherein a laser head that irradiates laser light at the end of welding is moved so that the filler wire can be irradiated with laser light. And a second step of irradiating the filler wire with laser light having an energy density lower than the predetermined energy density from the laser head. And flop, said the filler wire in a state of radiating the laser light pull back the filler wire in the opposite direction the supply direction to the molten pool, and a third step of disconnecting said metal plate and the filler wire, In the first step, the laser head is moved so that the irradiated portion of the laser light includes a portion where the filler wire enters the molten pool .
また、本願の請求項2に係る発明は、請求項1に記載のレーザー溶接方法において、前記第1ステップにおいて、前記レーザーヘッドを前記フィラーワイヤ側に平行移動させる又は回転移動させる、ことを特徴としたものである。
The invention according to
また更に、本願の請求項3に係る発明は、上下に重ね合わせられた状態で対向する面の間に隙間が生じた平板状の二枚の金属板のうち上側の金属板表面に所定のエネルギー密度を有するレーザー光を照射し、前記金属板を溶融させて溶融金属が貯留されてなる溶融池を形成するレーザーヘッドと、前記溶融池における前記レーザー光の被照射部よりも溶接進行方向後方にフィラーワイヤを供給可能に構成されると共に前記フィラーワイヤを前記溶融池への供給方向と反対方向に引き戻し可能に構成されたワイヤ供給手段と、を備え、フィラーワイヤを溶融池に供給しながら二枚の金属板をレーザー溶接するレーザー溶接装置であって、溶接終了時に、前記フィラーワイヤにレーザー光を照射することができるようにレーザーヘッドの移動を制御し、前記フィラーワイヤに前記レーザーヘッドから前記所定のエネルギー密度よりもエネルギー密度を低下させたレーザー光を照射するように前記レーザーヘッドの作動を制御し、前記フィラーワイヤに前記レーザー光を照射した状態で前記フィラーワイヤを前記溶融池への供給方向と反対方向に引き戻し、前記フィラーワイヤと前記金属板とを切り離すように前記ワイヤ供給手段の作動を制御する制御手段をさらに備え、前記レーザーヘッドは、溶接終了時に、前記レーザー光の被照射部が前記フィラーワイヤの前記溶融池への進入部分を含むように移動される、ことを特徴としたものである。 Furthermore, in the invention according to claim 3 of the present application, predetermined energy is applied to the surface of the upper metal plate of the two flat metal plates in which a gap is formed between the surfaces facing each other in a state where they are stacked one above the other. A laser head that irradiates a laser beam having a density, melts the metal plate to form a molten pool in which molten metal is stored, and is located behind the irradiated portion of the laser light in the molten pool in the welding progress direction. Wire supply means configured to be able to supply a filler wire and pull back the filler wire in a direction opposite to the supply direction to the molten pool, and supplying two sheets while supplying the filler wire to the molten pool A laser welding apparatus for laser welding a metal plate of the metal plate, and at the end of welding, the movement of the laser head is controlled so that the filler wire can be irradiated with laser light. And controlling the operation of the laser head to irradiate the filler wire with laser light having a lower energy density than the predetermined energy density from the laser head, and irradiating the filler wire with the laser light. in pulling back the filler wire in the opposite direction the supply direction to the molten pool further example Bei control means for controlling the operation of the wire supply means so as to disconnect the said filler wire and the metal plate, the laser head At the end of welding, the irradiated portion of the laser beam is moved so as to include a portion where the filler wire enters the molten pool .
本願の請求項1に係る発明によれば、上側の金属板表面に所定のエネルギー密度を有するレーザー光を照射して形成された溶融池にレーザー光の被照射部よりも溶接進行方向後方にフィラーワイヤを供給し、二枚の金属板をレーザー溶接するレーザー溶接において、溶接終了時に、フィラーワイヤにレーザー光を照射することができるようにレーザーヘッドを移動させ、フィラーワイヤにレーザーヘッドから前記所定のエネルギー密度よりもエネルギー密度を低下させたレーザー光を照射し、フィラーワイヤにレーザー光を照射した状態で、フィラーワイヤを溶融池への供給方向と反対方向に引き戻し、フィラーワイヤと金属板とを切り離す。 According to the invention of claim 1 of the present application, the filler is formed behind the irradiated portion of the laser beam in the welding progress direction in the molten pool formed by irradiating the upper metal plate surface with the laser beam having a predetermined energy density. In laser welding in which a wire is supplied and two metal plates are laser-welded, the laser head is moved so that the filler wire can be irradiated with laser light at the end of welding, and the filler wire is moved from the laser head to the predetermined wire. Irradiate the laser beam with energy density lower than the energy density, and with the filler wire irradiated with the laser beam, pull the filler wire back in the direction opposite to the supply direction to the molten pool to separate the filler wire from the metal plate. .
これにより、溶接終了時に、エネルギー密度を低下させたレーザー光によってフィラーワイヤのみを溶融させて切り離すことができるので、ワイヤの先端部に溶接部の金属固化物が玉状に付着したり溶接部に穴部が形成されたりするという溶接不良が生じることを防止することができ、フィラーワイヤと金属板とを良好に切り離すことができる。また、溶接終了時に、フィラーワイヤを引き戻しながらレーザー光が照射されるので、ワイヤが切り離される際にワイヤの先端部が先細り状になる場合があるが、かかる場合においても、ワイヤを次の溶接に有効に使用することが可能である。 As a result, at the end of welding, only the filler wire can be melted and separated by the laser beam with reduced energy density, so that the metal solidified product of the welded portion adheres to the tip of the wire in a ball shape or the welded portion. It is possible to prevent the occurrence of poor welding such as formation of a hole, and the filler wire and the metal plate can be satisfactorily separated. In addition, since the laser beam is irradiated while pulling back the filler wire at the end of welding, the tip of the wire may be tapered when the wire is cut, but even in such a case, the wire is used for the next welding. It can be used effectively.
また、レーザー光の被照射部がフィラーワイヤの溶融池への進入部分を含むようにレーザーヘッドを移動させるので、前記効果をより具体的に実現することができる。 Further, since the irradiated portion of the record Za light moves the laser head to include a penetration portion of the molten pool of the filler wire can be more concretely realizing the effect.
更に、本願の請求項2に係る発明によれば、レーザーヘッドをフィラーワイヤ側に平行移動させる又は回転移動させるので、比較的簡単な装置を用いてレーザーヘッドを移動させることが可能であり、前記効果を有効に得ることができる。
Further, according to the invention according to
また更に、本願の請求項3に係る発明によれば、レーザー溶接装置において、本願の請求項1に記載の発明と同様の作用、効果を得ることができる。
Furthermore, according to the invention of claim 3 of the present application, the laser welding apparatus can obtain the same operations and effects as those of the invention of claim 1 of the present application.
以下、本発明の実施の形態に係るレーザー溶接方法及びレーザー溶接装置について、添付図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, a laser welding method and a laser welding apparatus according to embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の実施の形態に係るレーザー溶接装置1の要部を示し、このレーザー溶接装置1は、レーザー光Aを照射するレーザーヘッド10と、フィラーワイヤBを供給するワイヤ供給手段としてのワイヤ供給装置20と、フィラーワイヤBの加熱装置30とを有し、上下に重ね合わされた平板状の二枚の金属板W1、W2に対し、上方からレーザー光Aを照射すると共に、上側の金属板W1におけるレーザー光被照射部xの近傍に、加熱されたフィラーワイヤBを供給するようになっている。
FIG. 1 shows a main part of a laser welding apparatus 1 according to an embodiment of the present invention. The laser welding apparatus 1 is a
ここで、金属板W1、W2は、クランプ装置2により重ね合わされた状態で固定されているが、両金属板W1、W2の間には、誇張して示すように、面精度に起因する隙間wが生じている。
Here, the metal plates W1 and W2 are fixed in a state of being overlapped by the
レーザーヘッド10及びワイヤ供給装置20は、溶接ロボット3のアーム3aに固着されたベース板4に取り付けられ、該アーム3aの移動により、金属板W1、W2に対して矢印aで示す溶接進行方向に移動し、上側の金属板W1の上面に対するレーザー光Aの被照射部x及びフィラーワイヤBの供給位置yを同方向aに移動させることにより、上下の金属板W1、W2を所定の溶接経路に沿って溶接することができるようになっている。
The
レーザーヘッド10は、例えばYAGレーザー、炭酸ガスレーザー等の高出力レーザーを利用して構成され、レーザー出力の制御、及び内蔵された光学部材12(図5及び図6参照)の移動によるレーザー光Aの焦点位置の制御が可能とされている。前述したように、レーザーヘッド10はベース板4に取り付けられているが、より詳しくは、ベース板4に、レーザーヘッド回動駆動機構12(図2参照)によってベース板4に対して回動可能に構成される回動軸11が取り付けられ、この回動軸11にレーザーヘッド10が固定して取り付けられている。これにより、レーザーヘッド回動駆動機構12の作動を制御することで、レーザーヘッド10から照射されるレーザー光Aの被照射部xの制御が可能とされている。
The
ワイヤ供給装置20は、ワイヤ供給ユニット21と、レーザーヘッド10よりも溶接進行方向後方に配置されたワイヤ供給ノズル22と、を有し、ワイヤ供給ユニット21におけるワイヤ供給モータ23(図2参照)によってフィラーワイヤBが巻回されたワイヤロール24からフィラーワイヤBを繰り出し、ワイヤ供給ノズル22を通過させて、上側の金属板W1の上面の所定位置に所定角度で供給するようになっている。ワイヤ供給モータ23は、回転速度や回転方向の制御が可能とされ、これにより、ワイヤ供給装置20は、フィラーワイヤBの供給量が調整可能に構成されるとともに、ワイヤロール24からフィラーワイヤBを供給可能に、且つワイヤロール24へフィラーワイヤBを引き戻し可能に構成されている。
The
ワイヤ加熱装置30は、フィラーワイヤBに通電することにより生じるジュール熱で該ワイヤBを加熱するもので、加熱電源装置31と、加熱電源装置31とワイヤ供給ノズル22とを接続するノズル側ケーブル32と、加熱電源装置31とクランプ装置2とを接続するクランプ側ケーブル33とを有する。
The
そして、ノズル側ケーブル32及びワイヤ供給ノズル22を介してワイヤ供給ノズル22内に保持されたフィラーワイヤBに電圧を印加すると、フィラーワイヤBが上側の金属板W1に接触した状態で、クランプ側ケーブル33、クランプ装置2及び上側の金属板W1を介して加熱電源装置31とフィラーワイヤBとが電気的に接続されることにより、フィラーワイヤBがワイヤ供給ノズル22内の電圧印加位置から先端までの範囲で通電され、その範囲がジュール熱によって加熱されるようになっている。
When a voltage is applied to the filler wire B held in the
また、このレーザー溶接装置1はコントロールユニット40を有し、図2に示すように、コントロールユニット40からの制御信号により、レーザーヘッド10のレーザー出力やレーザー光Aの焦点位置の制御、ワイヤ供給装置20におけるワイヤ供給モータ23の回転速度や回転方向の制御、レーザーヘッド10を回転移動させるレーザーヘッド回動駆動機構12の制御、ワイヤ加熱装置30によるフィラーワイヤBへの電圧の印加制御、及び溶接ロボット3の制御等を行うようになっている。
The laser welding apparatus 1 also has a
そして、定常溶接時には、コントロールユニット40により、レーザー光Aの焦点は、上側の金属板W1表面にフォーカス状態、すなわち上側の金属板W1に最も効率よくエネルギーが伝達される状態に制御され、また、レーザーヘッド10は、図1に示すように、レーザー光Aを上側の金属板W1に略垂直方向に照射することができるように制御される。なお、レーザー光Aの出力、フィラーワイヤBの送り速度や加熱のための電流値、ロボットアーム3aの移動速度(溶接速度)等は、適切に設定される。
At the time of steady welding, the focus of the laser beam A is controlled by the
これにより、定常溶接時、ロボットアーム3aの移動に伴って、両金属板W1、W2が所定の溶接経路に沿って溶接されることになる。
Thereby, at the time of steady welding, with the movement of the
ここで、定常溶接時の状態を説明すると、図3に示すように、隙間wが生じた状態で上下に重ね合わされた平板状の二枚の金属板W1、W2のうち上側の金属板W1の上面に所定のエネルギー密度を有するレーザー光Aを照射し、少なくとも上側の金属板W1のレーザー光被照射部xを溶融させ、溶融した金属Wbが貯留されてなる溶融池WBを少なくとも上側の金属板W1の上面から下面にわたって形成する。本実施形態では、定常溶接時にレーザー光Aが照射されるレーザー光Aの被照射部位xは、レーザー光Aにより金属がプラズマ状態となり、その圧力により溶融金属Wbを周囲に押しやってキーホールWaが形成される。そして、レーザー光Aを溶接進行方向aに移動することにより、レーザー光Aの被照射部xよりも溶接進行方向後方側にわたって溶融池WBが形成されることとなる。 Here, the state at the time of steady welding will be described. As shown in FIG. 3, the upper metal plate W1 of the two flat plate-like metal plates W1 and W2 overlapped with each other in a state where the gap w is generated. The upper surface is irradiated with laser light A having a predetermined energy density to melt at least the laser light irradiated portion x of the upper metal plate W1, and the molten metal Wb is stored in the molten pool WB. W1 is formed from the upper surface to the lower surface. In the present embodiment, the irradiated portion x of the laser beam A irradiated with the laser beam A during steady welding causes the metal to be in a plasma state by the laser beam A, and the keyhole Wa is formed by pushing the molten metal Wb around by the pressure. It is formed. Then, by moving the laser beam A in the welding progress direction a, the molten pool WB is formed on the rear side in the welding progress direction with respect to the irradiated portion x of the laser beam A.
また、これと並行して、予め通電により加熱されたフィラーワイヤBを、端部がレーザー光Aの被照射部xから溶接進行方向後方に所定距離zを隔てて溶融池WBに進入するように溶融池WBに供給し、通電による加熱と溶融池WBに貯留されている溶融金属Wbの熱とにより該フィラーワイヤBの端部を溶融させ、上側の金属板W1における溶融池WB内の溶融金属の量を増量する。 In parallel with this, the filler wire B that has been heated in advance by energization enters the weld pool WB with a predetermined distance z behind the irradiated portion x of the laser light A in the welding progress direction. The molten metal in the molten pool WB in the upper metal plate W1 is supplied to the molten pool WB and the end of the filler wire B is melted by heating by energization and the heat of the molten metal Wb stored in the molten pool WB. Increase the amount.
これにより、増量された溶融金属の自重や、フィラーワイヤBの端部を溶融池WBに進入させる際の押圧力f等により、上下の金属板W1、W2の間の隙間wへの溶融金属Wbの進入が促進されることになり、上側の金属板W1と下側の金属板W2とが溶融金属Wbにより連結されることとなる。そして、溶融池WBの溶融金属Wbが凝固して、非溶融状態の溶接部WCが形成されることとなる。 Thereby, the molten metal Wb into the gap w between the upper and lower metal plates W1 and W2 due to the increased weight of the molten metal or the pressing force f when the end of the filler wire B enters the molten pool WB. The upper metal plate W1 and the lower metal plate W2 are connected by the molten metal Wb. And the molten metal Wb of the molten pool WB solidifies, and the welding part WC of a non-molten state will be formed.
このようにして、定常溶接時、フィラーワイヤBを溶融池WBに供給しながら上下に重ね合わせられた平板状の二枚の金属板W1、W2をレーザー溶接するレーザー溶接においては、前述したように、フィラーワイヤBが溶融池WBに供給されていることから、溶接終了時に、フィラーワイヤBを引き戻しても溶融池WBの溶融金属Wbが凝固して形成される溶接部WCに固着し、無理に引き離すと、該ワイヤBの先端部に溶接部WCの金属固化物が玉状に付着したり溶接部WCに穴部が形成されたりするという溶接不良を生じることとなる。 As described above, in the laser welding in which the two flat metal plates W1 and W2 overlapped with each other while supplying the filler wire B to the molten pool WB at the time of steady welding are performed as described above. Since the filler wire B is supplied to the molten pool WB, even when the filler wire B is pulled back at the end of welding, the molten metal Wb of the molten pool WB is fixed to the welded portion WC formed by solidification. If pulled apart, the metal solidified product of the welded portion WC adheres to the tip of the wire B in a ball shape or a weld failure occurs such that a hole is formed in the welded portion WC.
そこで、溶接終了時において、フィラーワイヤBを良好に金属板W1、W2から切り離すため、コントロールユニット40は、レーザーヘッド10や、ワイヤ供給装置20に対し、定常溶接時とは異なる制御を行うようになっており、次に、この溶接終了時の制御を、図4のタイムチャートと図5及び図6の各ステップの状態説明図とを用いて説明する。
Therefore, at the end of welding, in order to cut off the filler wire B from the metal plates W1 and W2, the
前述したように、定常溶接時には、レーザーヘッド10から上側の金属板W1表面にフォーカス状態、すなわち上側の金属板W1に最も効率よくエネルギーが伝達されるように、焦点を該金属板W1の上面に設定した状態で所定のエネルギー密度を有するレーザー光Aを照射し、少なくとも上側の金属板W1を溶融させて溶融金属Wbが貯留されてなる溶融池WBを形成するとともに、この溶融池WBにおけるレーザー光Aの被照射部xよりも溶接進行方向後方にフィラーワイヤBを供給する。このフィラーワイヤBには電圧が印加されており、フィラーワイヤBは通電により加熱された状態で溶融池Wbに供給される。これにより、フィラーワイヤBを溶融池WBに供給しながら所定の溶接経路に沿って二枚の金属板W1、W2がレーザー溶接される。
As described above, during steady welding, the focal point is focused on the upper surface of the metal plate W1 so that energy is transferred from the
そして、所定の溶接経路に沿ったレーザー溶接を行い、定常溶接を終了する際には、レーザー光Aの照射とフィラーワイヤBの溶融池WBへの供給とを停止するとともに、フィラーワイヤBへの電圧印加とロボットアーム3aの移動とを停止する。定常溶接の終了時には、図5(a)に示すように、フィラーワイヤBが溶融池WBに供給されており、レーザーヘッド10は、該レーザーヘッド10からレーザー光Aを照射したときにフィラーワイヤBを照射しない位置に制御されている。
Then, when laser welding along a predetermined welding path is performed and the steady welding is finished, the irradiation of the laser beam A and the supply of the filler wire B to the molten pool WB are stopped, and the filler wire B is supplied to the filler wire B. The voltage application and the movement of the
本実施形態では、溶接終了時に、先ず、第1ステップとして、レーザーヘッド回動駆動機構12によるレーザーヘッド10の移動を制御し、レーザーヘッド10をフィラーワイヤB側に、すなわち溶接進行方向後方側に所定角度回転移動させ、図5(b)に示すように時計回り方向に回転移動させる。このとき、レーザーヘッド10は、フィラーワイヤBにレーザー光Aを照射することができるように、より具体的にはレーザー光Aの被照射部xがフィラーワイヤBの溶融池WBへの進入部分を含むように回転移動される。本実施形態では、レーザーヘッド10の光軸ACが溶融池WBへのフィラーワイヤBの進入部分に一致するように移動される。
In the present embodiment, at the end of welding, first, as a first step, the movement of the
次に、第2ステップとして、図6(a)に示すように、レーザーヘッド10の作動を制御し、レーザーヘッド10の光学部材12を光軸ACに沿って移動させ、フィラーワイヤBにレーザーヘッド10からレーザー光Aを照射したときにフィラーワイヤBが照射される位置においてデフォーカス状態、すなわちフィラーワイヤBが照射される位置が最も効率よくエネルギーが伝達される位置からずれている状態となるように焦点を移動させる。これにより、フィラーワイヤBにレーザーヘッド10からレーザー光Aを照射したときに定常溶接時における所定のエネルギー密度よりもエネルギー密度を低下させたレーザー光を照射することができる。
Next, as a second step, as shown in FIG. 6A, the operation of the
そして、レーザーヘッド10からフィラーワイヤBに定常溶接時における所定のエネルギー密度よりもエネルギー密度を低下させたレーザー光Aを照射する。第1ステップにおいて、レーザーヘッド10は、その光軸ACが溶融池WBへのフィラーワイヤBの進入部分に一致するように移動され、レーザー光Aを照射したときにレーザー光Aの被照射部xがフィラーワイヤBの溶融池WBへの進入部分を含むように移動されているので、フィラーワイヤBは、溶融池WBへの進入部分においてレーザー光Aの照射を受けることとなる。なお、図4では、定常溶接時において上側の金属板W1の表面に照射されるレーザー光Aのエネルギーを「HI」として表し、第2ステップ及び第3ステップにおいてフィラーワイヤBに照射されるレーザー光Aのエネルギーを「LOW」として表している。
Then, the laser beam A is irradiated from the
次に、第3ステップとして、図6(b)に示すように、第2ステップにおいてレーザー光AをフィラーワイヤBに照射した状態で、ワイヤ供給装置20のワイヤ供給モータ23の作動を制御し、フィラーワイヤBを溶融池WBへの供給方向と反対方向にワイヤリール24に引き戻し、フィラーワイヤBと金属板W1、W2とを切り離す。フィラーワイヤBは、溶融池WBへの進入部分においてエネルギー密度が低下されたレーザー光Aの照射を受けながら引き戻され、上側の金属板W1の上面近傍においてレーザー光Aによって溶断され、フィラーワイヤBと金属板W1、W2とを良好に切り離すことができる。
Next, as a third step, as shown in FIG. 6B, the operation of the
本実施形態に係るレーザー溶接装置1にはまた、フィラーワイヤBの溶融池WBへの進入部分近傍を撮像する図示しない撮像装置が備えられ、レーザー溶接装置1は、前記撮像装置によって撮像された画像を画像処理してフィラーワイヤBが金属板W1、W2と切り離されたか否かが検出することができるようになっており、図4では、このフィラーワイヤBと金属板W1、W2とが切り離された時間をt1として表している。そして、フィラーワイヤBが金属板W1、W2と切り離された後、所定位置までフィラーワイヤBを引き戻すように時間t2までフィラーワイヤBが引き戻される。 The laser welding apparatus 1 according to the present embodiment is also provided with an imaging apparatus (not shown) that images the vicinity of the portion where the filler wire B enters the molten pool WB. The laser welding apparatus 1 is an image captured by the imaging apparatus. It is possible to detect whether or not the filler wire B is separated from the metal plates W1 and W2 by image processing. In FIG. 4, the filler wire B and the metal plates W1 and W2 are separated. This time is expressed as t1. Then, after the filler wire B is separated from the metal plates W1 and W2, the filler wire B is pulled back until time t2 so that the filler wire B is pulled back to a predetermined position.
一方、レーザーヘッド10から照射されるレーザー光Aは、フィラーワイヤBが時間t1において金属板W1、W2と切り離された後、所定時間経過した時間t3において照射が停止される。これにより、フィラーワイヤBが溶断されて金属板W1、W2側にフィラーワイヤBの一部が残った場合にも、フィラーワイヤBを溶融させることができ、未溶融のワイヤBが金属板W1、W2に残存することを防止することができる。
On the other hand, the irradiation of the laser beam A emitted from the
なお、第3ステップの後には 次の溶接加工のために、レーザーヘッド10が定常溶接時の状態に移動され、すなわちフィラーワイヤ10側と反対側である溶接進行方向前方側に回転移動されるとともに、レーザーヘッド10の光学部材12が定常溶接時の状態に移動され、その後に、ロボットアーム3aが次の溶接加工のための所定位置に移動される。
After the third step, for the next welding process, the
本実施形態では、第1ステップにおいて、レーザー光AをフィラーワイヤBに照射することができるようにレーザーヘッドBをフィラーワイヤB側に回転移動させているが、レーザーヘッド10をベース板4に対して平行移動可能に構成し、レーザー光AをフィラーワイヤBに照射することができるようにレーザーヘッド10をフィラーワイヤB側に、すなわち溶接進行方向後方に平行移動させるようにすることも可能である。
In this embodiment, in the first step, the laser head B is rotated and moved toward the filler wire B so that the laser beam A can be applied to the filler wire B. However, the
このように、本実施形態においては、上側の金属板W1表面に所定のエネルギー密度を有するレーザー光Aを照射して形成された溶融池WBにレーザー光Aの被照射部xよりも溶接進行方向後方にフィラーワイヤBを供給し、二枚の金属板W1、W2をレーザー溶接するレーザー溶接において、溶接終了時に、フィラーワイヤBにレーザー光Aを照射することができるようにレーザーヘッド10を移動させ、フィラーワイヤBにレーザーヘッド10から前記所定のエネルギー密度よりもエネルギー密度を低下させたレーザー光Aを照射し、フィラーワイヤBにレーザー光Aを照射した状態で、フィラーワイヤBを溶融池WBへの供給方向と反対方向に引き戻し、フィラーワイヤBと金属板W1、W2とを切り離す。
As described above, in this embodiment, the welding progress direction of the weld pool WB formed by irradiating the surface of the upper metal plate W1 with the laser beam A having a predetermined energy density is higher than the irradiated portion x of the laser beam A. In the laser welding in which the filler wire B is supplied to the rear and the two metal plates W1 and W2 are laser welded, the
これにより、溶接終了時に、エネルギー密度を低下させたレーザー光AによってフィラーワイヤBのみを溶融させて切り離すことができるので、ワイヤBの先端部に溶接部WCの金属固化物が玉状に付着したり溶接部WCに穴部が形成されたりするという溶接不良が生じることを防止することができ、フィラーワイヤBと金属板W1、W2とを良好に切り離すことができる。また、溶接終了時に、フィラーワイヤBを引き戻しながらレーザー光Aが照射されるので、ワイヤBが切り離される際にワイヤBの先端部が先細り状になる場合があるが、かかる場合においても、ワイヤBを次の溶接に有効に使用することが可能である。 Thereby, at the end of welding, only the filler wire B can be melted and separated by the laser beam A with reduced energy density, so that the solidified metal of the welded portion WC adheres to the tip of the wire B in a ball shape. It is possible to prevent a welding failure such as a hole being formed in the welded portion WC, and the filler wire B and the metal plates W1 and W2 can be well separated. Moreover, since laser beam A is irradiated while pulling back filler wire B at the end of welding, the tip of wire B may be tapered when wire B is cut off. Can be effectively used for the next welding.
また、第1ステップでは、レーザーヘッド10をフィラーワイヤB側に平行移動させる又は回転移動させるので、比較的簡単な装置を用いてレーザーヘッド10を移動させることが可能であり、前記効果を有効に得ることができる。
In the first step, since the
前述した実施形態では、レーザーヘッド10の光学部材12を光軸ACに沿って移動させ、定常溶接時には上側の金属板W1の上面にフォーカス状態でレーザー光Aを照射し、溶接終了時の第2ステップ及び第3ステップにはフィラーワイヤBにデフォーカス状態でレーザー光Aを照射し、溶接終了時に定常溶接時よりもエネルギー密度を低下させたレーザー光AをフィラーワイヤBに照射しているが、レーザーヘッド10から照射されるレーザー光Aの出力を変えることにより、溶接終了時に定常溶接時よりもエネルギー密度を低下させたレーザー光AをフィラーワイヤBに照射するようにすることも可能である。
In the above-described embodiment, the
この場合、溶接終了時に、定常溶接時よりも出力が低下されたレーザー光Aが照射されるので、フィラーワイヤBのみを溶融させて金属板W1、W2と切り離すことができるとともに、レーザー光Aによって金属板W1、W2がさらに溶融されて穴部が形成されることを防止することができる。 In this case, at the end of welding, the laser beam A whose output is lower than that during steady welding is irradiated, so that only the filler wire B can be melted and separated from the metal plates W1 and W2, and the laser beam A can be used. It can prevent that metal plate W1, W2 is further fuse | melted and a hole part is formed.
なお、図5及び図6では、溶接終了時の第1ステップ、第2ステップ及び第3ステップにおいて溶融池WBを同一形状で表しているが、定常溶接終了時にレーザー光Aの照射を停止した時点から溶融池WBはその周囲から凝固することとなるが、かかる場合においても、本実施形態に係るレーザー溶接では、エネルギー密度を低下させたレーザー光AによってフィラーワイヤBのみを溶融させて切り離すことができるので、フィラーワイヤBと金属板W1、W2とを良好に切り離すことができる。 5 and 6, the weld pool WB is shown in the same shape in the first step, the second step, and the third step at the end of welding, but when the irradiation of the laser beam A is stopped at the end of the steady welding. From this, the molten pool WB is solidified from its surroundings. Even in such a case, in the laser welding according to the present embodiment, only the filler wire B can be melted and separated by the laser beam A having a reduced energy density. Therefore, the filler wire B and the metal plates W1 and W2 can be separated satisfactorily.
本発明は、例示された実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能であることは言うまでもない。 The present invention is not limited to the illustrated embodiments, and it goes without saying that various improvements and design changes are possible without departing from the spirit of the present invention.
以上のように、本発明は、フィラーワイヤを溶融池に供給しながら上下に重ね合わされた二枚の金属板をレーザー溶接する場合に、溶接終了時に、フィラーワイヤと金属板とを良好に切り離すことができ、もって、この種の溶接を行う例えば自動車産業等において広く利用される可能性がある。 As described above, the present invention can satisfactorily separate the filler wire and the metal plate at the end of welding when laser welding is performed on two metal plates that are stacked one above the other while supplying the filler wire to the molten pool. Therefore, there is a possibility of being widely used, for example, in the automobile industry where this type of welding is performed.
1 レーザー溶接装置
10 レーザーヘッド
20 ワイヤ供給装置
40 コントロールユニット
A レーザー光
B フィラーワイヤ
W1 上側の金属板
W2 下側の金属板
WB 溶融池
Wb 溶融金属
WC 溶接部
w 隙間
x レーザー光被照射部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (3)
レーザー光を照射するレーザーヘッドを、前記フィラーワイヤにレーザー光を照射することができるように移動させる第1ステップと、
前記フィラーワイヤに前記レーザーヘッドから前記所定のエネルギー密度よりもエネルギー密度を低下させたレーザー光を照射する第2ステップと、
前記フィラーワイヤに前記レーザー光を照射した状態で前記フィラーワイヤを前記溶融池への供給方向と反対方向に引き戻し、前記フィラーワイヤと前記金属板とを切り離す第3ステップと、
を備え、
前記第1ステップでは、前記レーザー光の被照射部が前記フィラーワイヤの前記溶融池への進入部分を含むように前記レーザーヘッドを移動させる、
ことを特徴とするレーザー溶接方法。 A laser beam having a predetermined energy density is irradiated on the surface of the upper metal plate among the two flat plate-like metal plates in which a gap is formed between the opposing surfaces in a state where they are vertically stacked, A molten pool is formed by melting and storing molten metal, and a filler wire is supplied to the rear of the laser beam irradiated portion in the molten pool in the welding progress direction to laser weld two metal plates. Laser welding method, at the end of welding,
A first step of moving a laser head for irradiating laser light so that the filler wire can be irradiated with laser light;
A second step of irradiating the filler wire with laser light having an energy density lower than the predetermined energy density from the laser head;
A third step of pulling back the filler wire in a direction opposite to the supply direction to the molten pool while irradiating the laser beam on the filler wire, and separating the filler wire and the metal plate;
Equipped with a,
In the first step, the laser head is moved so that the irradiated portion of the laser light includes a portion of the filler wire entering the molten pool,
A laser welding method characterized by that.
前記第1ステップにおいて、前記レーザーヘッドを前記フィラーワイヤ側に平行移動させる又は回転移動させる、
ことを特徴とするレーザー溶接方法。 In the laser welding method according to claim 1 ,
In the first step, the laser head is translated or rotated to the filler wire side,
A laser welding method characterized by that.
溶接終了時に、前記フィラーワイヤにレーザー光を照射することができるようにレーザーヘッドの移動を制御し、前記フィラーワイヤに前記レーザーヘッドから前記所定のエネルギー密度よりもエネルギー密度を低下させたレーザー光を照射するように前記レーザーヘッドの作動を制御し、前記フィラーワイヤに前記レーザー光を照射した状態で前記フィラーワイヤを前記溶融池への供給方向と反対方向に引き戻し、前記フィラーワイヤと前記金属板とを切り離すように前記ワイヤ供給手段の作動を制御する制御手段をさらに備え、
前記レーザーヘッドは、溶接終了時に、前記レーザー光の被照射部が前記フィラーワイヤの前記溶融池への進入部分を含むように移動される、
ことを特徴とするレーザー溶接装置。 A laser beam having a predetermined energy density is irradiated on the surface of the upper metal plate among the two flat plate-like metal plates in which a gap is formed between the opposing surfaces in a state where they are vertically stacked, A laser head that forms a molten pool in which molten metal is stored by melting and a filler wire that is configured to be able to supply a filler wire to the rear of the laser beam irradiated portion in the welding pool in the welding progress direction and the filler wire Wire supply means configured to be retractable in a direction opposite to the supply direction to the molten pool, and a laser welding apparatus for laser welding two metal plates while supplying filler wire to the molten pool ,
At the end of welding, the movement of the laser head is controlled so that the filler wire can be irradiated with laser light, and laser light having an energy density lower than the predetermined energy density is applied to the filler wire from the laser head. The operation of the laser head is controlled so as to irradiate, and the filler wire is pulled back in the direction opposite to the supply direction to the molten pool in a state where the filler wire is irradiated with the laser beam, and the filler wire, the metal plate, further example Bei control means for controlling the operation of the wire supply means so as to disconnect the,
The laser head is moved at the end of welding so that the irradiated portion of the laser beam includes a portion of the filler wire entering the molten pool,
A laser welding apparatus characterized by that.
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