JP3854490B2

JP3854490B2 - Laser welding method for differential thickness materials

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Publication number: JP3854490B2
Application number: JP2001328041A
Authority: JP
Inventors: 徹中嶋; 直毅三柳
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2001-10-25
Filing date: 2001-10-25
Publication date: 2006-12-06
Anticipated expiration: 2021-10-25
Also published as: JP2003136262A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、差厚材のレーザ溶接方法に関し、特に、板厚の異なる材料を突き合わせ溶接する差厚材のレーザ溶接方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ溶接は、概ね出力１ｋＷ当たり約１ｍｍの溶け込みが得られ、高パワー密度であるためレーザビームを照射した材料表面で蒸発が起こり、その蒸発反力により溶融池内にキーホールと呼ばれる幅が狭く溶込みの深い溶込みが得られる。
【０００３】
図１２は、レーザ溶接を行っているときの板材の断面図である。板材１００にレーザビーム１０１を照射しながら、矢印１０２の方向にレーザビーム１０１を移動させることにより、レーザビーム１０１が照射された板材１００が溶け込み、溶融金属１０３が形成され、その溶融金属１０３の先端のレーザビーム１０１の照射部にキーホール１０４が形成される。このキーホール１０４が形成されながら、レーザビーム１０１は、矢印１０２の方向に移動させることにより板材１００は溶接される。このように行われるレーザ溶接は、アーク溶接と比べ高速で低歪みといったことを特徴とする溶接方法である。
【０００４】
近年、そのレーザ溶接を用い、自動車メーカを中心にテーラードブランクとよばれる工法が行われている。テーラードブランク工法とは、板厚や材質の異なる複数の素材を１枚の大きな素材にレーザ溶接し、剛性、強度、成形性などの特性を必要な部位に最適配置する工法である。テーラードブランク工法により、コスト低減が図れ、高剛性でかつ軽量化した構造物が得られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらレーザ溶接を行うための熱源であるレーザビームは、集光径が小さく、そのスポット径はφ０．６ｍｍ程度である。よって溶接を行う際の部材の精度は厳しく、突合わせ面のギャップが０．６ｍｍを越えると、材料を溶融することなくレーザが裏側に貫通してしまう。
【０００６】
図１３は、差厚材をレーザ溶接するときの突き合わせ面の様子を示す斜視図である。厚板材１０５と薄板材１０６が突き合わせたとき、突き合わせ面１０７には、部分的にギャップが生じ、レーザビームの広がった部分の径よりも大きな幅を持つギャップ１０８が生じることがある。
【０００７】
図１４は、溶接を行うときの突き合わせ面のギャップが大きい位置にレーザビームが照射されているときの様子を示す断面図である。突き合わされた厚板材１０５と薄板材１０６の突き合わせ面１０７にレーザビーム１０１の広がった部分の径より大きな幅のギャップ１０８が存在しているとき、レーザビーム１０１は、厚板材１０５の突き合わせ面での表面１０９と薄板材の突き合わせ面での表面１１０のどちらにもレーザビーム１０１は照射されず、そのため、厚板材１０５と薄板材１０６のどちらも溶融することができない。
【０００８】
突き合わせ面でのギャップは、量産を行うときには、生じやすいものであるため、生産ラインへの導入を考えた場合、突き合わせ面でのギャップがある程度大きくても溶接が可能となるようにする必要がある。すなわち、ギャップ裕度の拡大が必須なものとなる。
【０００９】
ギャップ裕度の拡大方法として従来の技術の代表例として、（１）ギャップを埋めるだけのフィラーワイヤを添加することによってギャップ裕度の向上を図るフィラー溶接、（２）レーザビームを溶接線と直角方向にウィービングさせることによってギャップ裕度の向上を図る方法とがある。
【００１０】
フィラーワイヤをレーザ溶接と同時に添加しギャップを埋めるフィラー溶接は、広く一般的に用いられている方法である。ギャップがある場合でも、フィラーの添加量を制御することにより良好なビードを形成することが可能である。
【００１１】
しかしながらフィラー溶接では、フィラー送給装置が必要であり、また技術的な問題としてワイヤの曲がり等の原因によるねらい位置精度が厳しい、方向性があることから曲線に追従させることが難しいといった問題がある。
【００１２】
レーザビームを溶接線と直角方向にウィービングさせることによりレーザ単独でギャップ裕度を向上させる方法は、特開平８−２５７７７３号公報に開示してある方法である。この方法は、レーザビームの光軸を差厚材の突合わせ面に対し厚板側(差厚材のうち相対的に板厚の厚い方を厚板材とする)に傾斜させ、レーザビームを溶接線と直角方向にウィービングさせ、厚板材を溶融させることによってギャップ裕度の向上を目的とするものである。
【００１３】
しかしながら、この方法では板厚差が大きい場合には，レーザが厚板材を溶融した後、薄板も溶融することが困難になる可能性がある。また、被溶接材の薄板材の板厚が厚い場合は、レーザを斜めに照射するために突合わせ面の裏側へレーザビームが届かずに未溶着部が生ずる可能性があり、構造物を製作する上で強度上問題となる。
【００１４】
本発明の目的は、上記問題を解決するため、レーザで差厚材の突合わせ溶接を行う際にギャップの有無に関係なく良好な溶接断面を得るための差厚材のレーザ溶接方法を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明に係る差厚材のレーザ溶接方法は、上記の目的を達成するために、次のように構成される。
【００１６】
第１の差厚材のレーザ溶接方法（請求項１に対応）は、板厚の異なる材料すなわち厚板材と薄板材を突き合わせ、レーザビームを溶接線に沿って移動させて照射するとき、レーザビームのフォーカス位置を板厚方向に上下に振動させて溶接する差厚材のレーザ溶接方法において、薄板材に対する厚板材の突き合わせ面で、薄板材の厚み部分に対してはみ出た段差部分としてエッジ部が形成され、レーザビームのフォーカス位置の上下振動の振幅の範囲の上端は、厚板材における突き合わせ面のギャップ部の容積と等しいかそれ以上の体積のエッジ部を溶融させることが可能になるように厚板材の上面より上方の、エッジ部にレーザビームが照射される位置であり、振幅の範囲の下端はキーホール溶接が可能になるように突き合わせ面のギャップ内の表面にレーザビームが照射される位置に設定することで特徴づけられる。
【００１７】
第１の差厚材のレーザ溶接方法によれば、レーザビームを溶接線に沿って移動させて照射するとき、レーザビームのフォーカス位置を材料の板厚方向に上下に振動させるため、レーザビームの上下振動するフォーカス位置が上方にあるときは、厚板材の上部がレーザビームにより加熱され、溶融し、その溶融物が突き合わせ面のギャップに流れ込み、また、レーザビームの上下振動するフォーカス位置が下方にあるときは、突き合わせ面のギャップでの表面全体が加熱されるため、ギャップに流れ込んだ溶融物が確実にギャップ内を埋め込み、良好な溶接を行うことができる。
【００１９】
また、第１の差厚材のレーザ溶接方法によれば、レーザビームのフォーカス位置の上下振動の振幅の範囲の上端は厚板材のエッジ部を溶融させることが可能になるようにエッジ部にレーザビームが照射される位置であり、振幅の範囲の下端はキーホール溶接が可能になるように突き合わせ面のギャップ内の表面にレーザビームが照射される位置に設定するため、レーザビームのフォーカス位置が上方のときには、厚板材のエッジ部が確実に溶融され、レーザビームのフォーカス位置が下方のときには、キーホール溶接が可能である位置であるので、突き合わせ面内が確実に加熱され、その加熱効果により厚板材から流れ込んだ溶融物がギャップを埋め込み良好な溶接を行うことができる。
【００２０】
第２の差厚材のレーザ溶接方法（請求項２に対応）は、上記の方法において、好ましくは、レーザビームのフォーカス位置の上下振動の周期は、レーザビームを溶接線に沿って移動させて照射するときに、エッジ部がレーザビームにより溶接線に渡って完全に溶融し、ギャップ部がエッジ部が溶融したことにより生じた溶融物により溶接線に渡って完全に塞ぐことができるような時間間隔であることで特徴づけられる。
【００２１】
第２の差厚材のレーザ溶接方法によれば、レーザビームのフォーカス位置の上下振動の周期が、レーザビームを溶接線に沿って移動させて照射するときに、エッジ部がレーザビームにより溶接線に渡って完全に溶融し、ギャップ部がエッジ部が溶融したことにより生じた溶融物により溶接線に渡って完全に塞ぐことができるような時間間隔であるため、レーザビームを溶接線に沿って移動させるとき、突き合わせ面に生じているギャップをすべて確実に厚板材のエッジ部の溶融物で埋めることができ、良好な溶接を行うことができる。
【００２２】
第３の差厚材のレーザ溶接方法（請求項３に対応）は、上記の方法において、好ましくは板厚の異なる材料のうちの厚板材にドロスが付着している材料を用い、ドロスの付着している端面をレーザビーム照射側に位置してレーザ溶接を行うことで特徴づけられる。
【００２３】
第３の差厚材のレーザ溶接方法によれば、板厚の異なる材料のうちの厚板材にドロスが付着している材料を用い、ドロスの付着している端面をレーザビーム照射側に位置してレーザ溶接を行うため、レーザビームの上下振動するフォーカス位置が上方にあるときは、厚板材の上部のエッジ部と共にドロスがレーザビームにより加熱され、溶融し、その溶融物が突き合わせ面のギャップに流れ込み、また、レーザビームの上下振動するフォーカス位置が下方にあるときは、突き合わせ面のギャップでの表面全体が加熱されるため、ギャップに流れ込んだ溶融物が確実にギャップ内を埋め込み、良好な溶接を行うことができる。
【００２４】
第４の差厚材のレーザ溶接方法（請求項４に対応）は、差厚材の突合わせ面の切断方法にレーザ切断、プラズマ切断、ガス切断を用い、切断方法によって切断した厚板材に生じるドロスの付着している端面をレーザビーム照射側に位置して、レーザビームを溶接線に沿って移動させて照射するとき、レーザビームのフォーカス位置を材料の板厚方向に上下に振動させ、レーザビームのフォーカス位置の上下振動の振幅の範囲の上端は厚板材の上面より上方に位置することで特徴づけられる。
【００２５】
第４の差厚材のレーザ溶接方法によれば、差厚材の突合わせ面の切断方法にレーザ切断、プラズマ切断、ガス切断を用い、切断方法によって切断した厚板材に生じるドロスの付着している端面をレーザビーム照射側に位置して、レーザビームを溶接線に沿って移動させて照射するとき、レーザビームのフォーカス位置を材料の板厚方向に上下に振動させるため、レーザビームの上下振動するフォーカス位置が上方にあるときは、厚板材の上部のエッジ部と共にドロスがレーザビームにより加熱され、溶融し、その溶融物が突き合わせ面のギャップに流れ込み、また、レーザビームの上下振動するフォーカス位置が下方にあるときは、突き合わせ面のギャップでの表面全体が加熱されるため、ギャップに流れ込んだ溶融物が確実にギャップ内を埋め込み、良好な溶接を行うことができる。
【００２６】
第５の差厚材のレーザ溶接方法（請求項５に対応）は、上記の方法において、好ましくはレーザビームのフォーカス位置の上下振動の振幅の範囲の上端は厚板材のドロスを溶融させることが可能になるように厚板材の上面より上方の、ドロスにレーザビームが照射される位置であり、振幅の範囲の下端はキーホール溶接が可能になるように突き合わせ面のギャップ内の表面にレーザ光が照射される位置に設定することで特徴づけられる。
【００２７】
第５の差厚材のレーザ溶接方法によれば、レーザビームのフォーカス位置の上下振動の振幅の範囲の上端は厚板材のドロスを溶融させることが可能になるようにドロスにレーザビームが照射される位置であり、振幅の範囲の下端はキーホール溶接が可能になるように突き合わせ面のギャップ内の表面にレーザ光が照射される位置に設定するため、レーザビームのフォーカス位置が上方のときには、厚板材のエッジ部とともにドロスが確実に溶融され、レーザビームのフォーカス位置が下方のときには、キーホール溶接が可能である位置であるので、突き合わせ面内が確実に加熱され、その加熱効果により厚板材から流れ込んだ溶融物がギャップを埋め込み良好な溶接を行うことができる。
【００２８】
第６の差厚材のレーザ溶接方法（請求項６に対応）は、上記の方法において、好ましくはレーザビームのフォーカス位置の上下振動の周期は、レーザビームを溶接線に沿って移動させて照射するときに、ドロスがレーザビームにより溶接線に渡って完全に溶融し、ギャップ部が、ギャップ部の容積と等しいかそれ以上の体積の厚板材のエッジ部とともにドロスが溶融したことにより生じた溶融物により溶接線に渡って完全に塞ぐことができるような時間間隔であることで特徴づけられる。
【００２９】
第６の差厚材のレーザ溶接方法によれば、レーザビームのフォーカス位置の上下振動の周期は、レーザビームを溶接線に沿って移動させて照射するときに、ドロスがレーザビームにより溶接線に渡って完全に溶融し、ギャップ部がエッジ部と共にドロスが溶融したことにより生じた溶融物により溶接線に渡って完全に塞ぐことができるような時間間隔であるため、レーザビームを溶接線に沿って移動させるとき、突き合わせ面に生じているギャップをすべて確実に厚板材のエッジ部とドロスの溶融物で埋めることができ、良好な溶接を行うことができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００３１】
実施形態で説明される構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎず、また数値および各構成の組成（材質）については例示にすぎない。従って本発明は、以下に説明される実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。
【００３２】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る差厚材のレーザ溶接方法を示すためのレーザ溶接を行うときの様子を示した斜視図である。厚板材１０と薄板材１１が突き合わされており、突き合わせ面１２には、部分的にギャップが生じ、レーザビームの広がった部分の径よりも大きな幅を持つギャップ１３が生じている。溶接線１４は、突き合わせ面１２と薄板材１１の表面１５が交差することによって形成される線分である。
【００３３】
このように突き合わせた差厚材をレーザ溶接するときのレーザビームの照射方法について説明する。まず、図示しないレーザ溶接装置からのレーザビーム１６を突き合わせた厚板材１０の表面１７と薄板材１１の表面１５に垂直な方向から、溶接線１４の開始点１８に照射する。
【００３４】
このとき、レーザ出力を厚板材１０を溶融可能であり、薄板材１１も少なくとも厚板材１０の溶融物が薄板材１１に良好に接合することが可能になるように加熱できる程度に設定する。また、レーザビーム１６のフォーカス位置１９は、厚板材のエッジ部２０を溶融させることが可能になるようにエッジ部２０にレーザビーム１６が照射される位置に固定する。
【００３５】
次に、レーザビーム１６を溶接線１４に沿って常に厚板材１０の表面１７と薄板材１１の表面１５に垂直な方向から照射すると共に、レーザビーム１６のフォーカス位置１９を厚板材１０と薄板材１１の板厚方向に上下に振動させながら移動させる。そのときのレーザビーム１６のフォーカス位置１９の軌跡を図１のＦで示す。
【００３６】
このレーザビーム１６のフォーカス位置１９の上下振動の振幅の範囲の上端ＦＵは、厚板材１０のエッジ部２０を溶融させることが可能になるようにエッジ部２０にレーザビーム１６が照射される位置である。
【００３７】
図２は、そのときの、レーザビーム１６と厚板材１０と薄板材１１との配置を示す断面図である。レーザビーム１６は、上下振動の振幅の範囲の上端ＦＵのフォーカス位置からビーム径が拡がり、厚板材１０のエッジ部２０に照射される。
【００３８】
また、このレーザビーム１６のフォーカス位置１９の上下振動の振幅の範囲の下端ＦＤは、キーホール溶接が可能になるように突き合わせ面のギャップ内の表面にレーザビーム１６が照射される位置である。
【００３９】
図３は、そのときの、レーザビーム１６と厚板材１０と薄板材１１との配置を示す断面図である。レーザビーム１６は、上下振動の振幅の範囲の下端ＦＤのフォーカス位置が薄板材の表面１５付近にあるため、厚板材１０と薄板材１１の突き合わせ面１２のギャップ内の表面が大きな光強度で照射される。
【００４０】
また、レーザビーム１６のフォーカス位置１９の上下振動の周期は、レーザビーム１６を溶接線１４に沿って移動させるときに、エッジ部２０がレーザビーム１６により溶接線１４に渡って完全に溶融し、ギャップ部がエッジ部２０が溶融したことにより生じた溶融物により溶接線１４に渡って完全に塞ぐことができるような時間間隔に設定する。
【００４１】
レーザビーム１６のフォーカス位置１９の上下の振動は、図示しないレーザ溶接装置のレーザビーム集光用のレンズを上下に振動させることにより行ったり、また、レーザ溶接装置のレーザビームを反射し、集光するための凹面鏡を上下に振動させることにより行う。
【００４２】
このようにして、レーザビーム１６を溶接線１４に沿って、開始点１８から終了点２１まで移動させることにより、差厚材の溶接がなされる。
【００４３】
次に、本実施形態に係るレーザ溶接方法でレーザ溶接を行うときの作用について、図１〜図７を用いて説明する。
【００４４】
レーザビーム１６を溶接線１４に沿って開始点１８から終了点２１まで移動するとき、図１で示したように、レーザビーム１６のフォーカス位置１９は上下振動しながら、軌跡Ｆを描くように変動する。レーザビーム１６のフォーカス位置１９が図２で示す上端ＦＵ以下の上方にあるときは、厚板材１０のエッジ部２０がレーザビーム１６により融点以上に加熱され、それにより、溶融する。レーザビーム１６のフォーカス位置１９が図３で示す下端ＦＤ以上の下方にあるときは、キーホール溶接可能な位置であり、突き合わせ面１２内が加熱される。
【００４５】
レーザビーム１６により溶融されたエッジ部２０からの溶融金属は、突き合わせ面１２のギャップ内に流れ込む（図４と図５）。このとき、エッジ部２０が溶融される前に、レーザビーム１６のフォーカス位置１９が下方にあるときに（図６）、加熱された突き合わせ面１２の温度が上昇しているために、エッジ部２０から流れ込んだ溶融金属が突き合わせ面１２で良好に接合し、良好な溶接部２２を形成する。
【００４６】
レーザ溶接においては、単に厚板材のエッジ部を溶融するためにフォーカス位置を上方に設定しただけで溶接を行った場合、突合わせ面でのパワー密度が小さいために突合わせ部が加熱されずレーザ照射によって溶融した溶融金属は突合わせ面に流れ込んだだけで壁面との間に融合不良を起こす可能性がある。また、材料の裏側まで溶融できない可能性がある。
【００４７】
しかしながら、本実施形態では、レーザビーム１６のフォーカス位置１９を上下振動させることにより、レーザビーム１６により突き合わせ面１２を加熱し、加熱された突き合わせ面１２の温度が上昇することにより、エッジ部２０から流れ込んだ溶融金属が突き合わせ面で良好に接合し、良好な溶接部を形成することができる。
【００４８】
さらに本実施形態では、レーザを上下に振動させていることから、上端ＦＵにレーザフォーカス位置１９がきた場合に図５に示すように薄板材の表面１５も加熱されることにより、薄板材の濡れ性が向上する。そのため溶融金属のビード２３が凸型でなく、図５と図６に示すようになだらかなビード形状となる。このため本発明では、ギャップ裕度の拡大だけでなく溶接部の応力集中低減効果につながり、溶接後のＧ仕上げ等の後工程低減効果も得られる。
【００４９】
このように、レーザビーム１６のフォーカス位置１９が上下に振動することにより、突き合わせ面１２のギャップをエッジ部２０を溶融した溶融物で埋めながら接合し、それと共に、溶接線に沿って移動させるために、開始点１８から終了点２１まで、良好で完全にギャップを埋めた状態の溶接をすることができる。なお、溶接の送り速度やレーザビームの上下振動の周波数等は、使用するレーザの出力、レーザビームの拡散角θ（後述）や溶接材の板厚等により最適なものに設定する。
【００５０】
なお、本実施形態では、レーザビーム１６のフォーカス位置１９を材料の板厚方向に振動させるために、レーザ溶接装置の集光レンズを上下振動させたり、凹面鏡を上下振動させることによって行うように説明したが、レーザ溶接装置外のレーザビーム出射位置に振動する集光レンズを設けるようにしても良い。また、レーザ溶接装置からのレーザビーム１６は、固定状態にし、溶接する材料をレーザビーム１６のフォーカス位置１９に対して、相対的に上下に振動させるようにしても良い。
【００５１】
次に、突き合わせ面のギャップの幅の許容範囲について、図７を用いて説明する。図７は、突き合わせ面にレーザビームが照射されているときの状態を示す断面図である。本発明のレーザ溶接方法では、厚板材１０のエッジ部２０が溶融した溶融物により、ギャップを埋め込むようにするため、理想的には、エッジ部の体積とギャップ部の容積が等しくなることが条件となる。すなわち、突き合わせ面のギャップの許容範囲は、厚板材のエッジ部分を含む、断面積Ｓと同等となる。そこで、このギャップＧの許容範囲は、レーザデフォーカス量ｄ、材料の板厚Ｔ、ｔ、レーザ拡散角θに起因する。ここで式（１）に示す関係式が成り立つ。
【００５２】
【数１】

【００５３】
このような、許容範囲内のギャップ幅を持つ突き合わせ面に対して、本発明のレーザ溶接方法を適用することにより、良好な溶接を行うことができる。
【００５４】
従来レーザ溶接を行う場合、レーザのスポット径がφ０．６ｍｍ程度と微小であることから突合わせ面での材料精度の向上を目的とし、突合せ面に機械加工を施している。この機械加工も材料精度が、突き合わせ面で生じるギャップが許容範囲内になるようにすれば、良好なレーザ溶接を行うことができる。
【００５５】
また、本実施形態のレーザ溶接方法を適用する場合、接合しようとする材料の突合せ面の切断方法については、レーザ切断、プラズマ切断、ガス切断等々の切断方法が望ましい。
【００５６】
次に、本発明の第２の実施形態に係る差厚材のレーザ溶接方法について説明する。レーザ切断等々の切断方法により切断した材料には、図８に示すように切断面２４の外側にドロス２５と呼ばれる溶融金属が付着する。ガス切断・プラズマ切断についても同様の溶融物が切断面２４の外側に付着する。このドロス２５を活用する。
【００５７】
本発明の第２の実施形態に係る差厚材のレーザ溶接方法を用いてレーザ溶接を行うときの様子は、図１で示されるものと同様である。厚板材１０には、ドロスが付着したものを用い、ドロスの付着している端面をレーザビーム照射側に位置して、薄板材１１と突き合わされる。
【００５８】
また、このように突き合わせた差厚材をレーザ溶接するときのレーザビームの照射方法は、レーザビーム１６のフォーカス位置１９の上下振動の振幅の範囲の上端ＦＵを、厚板材１０のエッジ部２０とともにドロス２５を溶融させることが可能になるようにエッジ部２０とドロス２５にレーザビーム１６が照射される位置とし、また、レーザビーム１６のフォーカス位置１９の上下振動の周期を、レーザビーム１６を溶接線１４に沿って移動させるときに、エッジ部２０とドロス２５がレーザビーム１６により溶接線１４に渡って完全に溶融し、ギャップ部がエッジ部２０とドロス２５が溶融したことにより生じた溶融物により溶接線に渡って完全に塞ぐことができるような時間間隔に設定する以外は、第１の実施形態と同様である。
【００５９】
次に、本実施形態に係るレーザ溶接方法でレーザ溶接を行うときの作用について、図１〜図１１を用いて説明する。
【００６０】
レーザビーム１６を溶接線に沿って開始点から終了点まで移動するとき、図１で示したように、レーザビーム１６のフォーカス位置１９は上下振動しながら、軌跡Ｆを描くように変動する。レーザビーム１６のフォーカス位置１９が図９で示す上端以下の上方にあるときは、厚板材のエッジ部とともにドロス２５がレーザビーム１６により融点以上に加熱され、それにより、溶融する。レーザビーム１６のフォーカス位置１９が図１０で示す下端以上の下方にあるときは、キーホール溶接可能な位置であり、突き合わせ面内が加熱される。
【００６１】
レーザビーム１６により溶融されたエッジ部とドロス２５からの溶融金属は、突き合わせ部のギャップ内に流れ込む。このとき、エッジ部とドロス２５が溶融される前に、レーザビーム１６のフォーカス位置１９が下方にあるときに、加熱された突き合わせ面の温度が上昇しているために、エッジ部とドロス２５から流れ込んだ溶融金属が突き合わせ面で良好に接合し、良好な溶接部を形成する。
【００６２】
このように、溶接時には、図９と図１０に示すように厚板材のドロス付着側をレーザ照射側に位置することにより、厚板側のエッジとドロスを溶融すると同時にその溶融物を溶融・接合する事により溶融体積が増加し、ギャップ部を埋める溶融体積を稼ぐことが可能になる。
【００６３】
また図１１に示すように厚板材はドロス２５側をレーザ照射側に薄板材はドロス２６側をレーザ照射と反対側にそれぞれ上下反対にセットする。レーザ切断・プラズマ切断によって得られた切断面には、わずかではあるがレーザの拡散角およびプラズマの角度分だけテーパがかかっている。そのテーパを利用することにより板厚方向のギャップ裕度が向上するといったメリットも生ずる。
【００６４】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、次の効果を奏する。
【００６５】
レーザビームの上下振動するフォーカス位置が上方にあるときは、厚板材の上部がレーザビームにより加熱され、溶融し、その溶融物が突き合わせ面のギャップに流れ込み、また、レーザビームの上下振動するフォーカス位置が下方にあるときは、突き合わせ面のギャップでの表面全体が加熱されるため、ギャップに流れ込んだ溶融物が確実にギャップ内を埋め込み、良好な溶接を行うことができる。また、それにより、差厚材の溶接についてギャップ裕度の向上がはかれ良好なレーザ溶接が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る差厚材のレーザ溶接方法を示すためのレーザ溶接を行うときの様子を示した斜視図である。
【図２】レーザビームと厚板材と薄板材との配置を示す断面図である。
【図３】レーザビームと厚板材と薄板材との配置を示す断面図である。
【図４】レーザビームにより溶融されたエッジ部からの溶融金属が突き合わせ面のギャップ内に流れ込んだ様子を示す断面図である。
【図５】レーザビームのフォーカス位置が上方にあるときのレーザビームにより溶融されたエッジ部からの溶融金属が突き合わせ面のギャップ内に流れ込んだ様子を示す断面図である。
【図６】レーザビームのフォーカス位置が下方にあるときのレーザビームにより溶融されたエッジ部からの溶融金属が突き合わせ面のギャップ内に流れ込んだ様子を示す断面図である。
【図７】突き合わせ面にレーザビームが照射されているときの状態を示す断面図である。
【図８】レーザ切断時の断面形状を示す断面図である。
【図９】レーザビームと厚板材と薄板材との配置を示す断面図である。
【図１０】レーザビームと厚板材と薄板材との配置を示す断面図である。
【図１１】レーザビームと厚板材と薄板材との配置を示す断面図である。
【図１２】レーザ溶接を行っているときの板材の断面図である。
【図１３】差厚材をレーザ溶接するときの突き合わせ面の様子を示す斜視図である。
【図１４】溶接を行うときの突き合わせ面のギャップが大きい位置にレーザビームが照射されているときの様子を示す断面図である。
【符号の説明】
１０厚板材
１１薄板材
１２突き合わせ面
１３ギャップ
１４溶接線
１５表面
１６レーザビーム
１７表面
１８開始点
１９フォーカス位置
２０エッジ部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a laser welding method for differential thickness materials, and more particularly to a laser welding method for differential thickness materials in which materials having different plate thicknesses are butt welded.
[0002]
[Prior art]
Laser welding generally achieves a penetration of about 1 mm per 1 kW of output, and because of its high power density, evaporation occurs on the surface of the material irradiated with the laser beam, and the evaporation reaction force causes a narrow width called a keyhole in the molten pool. Deep penetration is obtained.
[0003]
FIG. 12 is a cross-sectional view of a plate material when laser welding is performed. By moving the laser beam 101 in the direction of the arrow 102 while irradiating the plate material 100 with the laser beam 101, the plate material 100 irradiated with the laser beam 101 is melted to form a molten metal 103, and the tip of the molten metal 103 is formed. A keyhole 104 is formed in the irradiated portion of the laser beam 101. The plate member 100 is welded by moving the laser beam 101 in the direction of the arrow 102 while the keyhole 104 is formed. Laser welding performed in this way is a welding method characterized by high speed and low distortion compared to arc welding.
[0004]
In recent years, a method called tailored blank has been performed mainly by automobile manufacturers using laser welding. The tailored blank method is a method in which a plurality of materials having different thicknesses and materials are laser-welded to a single large material, and properties such as rigidity, strength, and formability are optimally arranged in necessary portions. By the tailored blank method, the cost can be reduced, and a highly rigid and lightweight structure can be obtained.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, a laser beam, which is a heat source for performing laser welding, has a small focused diameter and a spot diameter of about φ0.6 mm. Therefore, the precision of the member at the time of welding is severe, and if the gap of the butt surface exceeds 0.6 mm, the laser penetrates to the back side without melting the material.
[0006]
FIG. 13 is a perspective view showing a state of a butt surface when laser welding a differential thickness material. When the thick plate member 105 and the thin plate member 106 are abutted, a gap is partially generated on the abutting surface 107, and a gap 108 having a width larger than the diameter of the portion where the laser beam spreads may be generated.
[0007]
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a state in which a laser beam is applied to a position where the gap of the butt surface when welding is large. When a gap 108 having a width larger than the diameter of the expanded portion of the laser beam 101 exists on the abutting surface 107 of the abutted thick plate material 105 and the thin plate material 106, the laser beam 101 is reflected on the abutting surface of the thick plate material 105. Neither the surface 109 nor the surface 110 at the abutting surface of the thin plate material is irradiated with the laser beam 101, so that neither the thick plate material 105 nor the thin plate material 106 can be melted.
[0008]
The gap at the butt surface is likely to occur during mass production, so when considering introduction to the production line, it is necessary to enable welding even if the gap at the butt surface is large to some extent. . In other words, it is essential to increase the gap margin.
[0009]
As a typical example of the conventional technique for expanding the gap tolerance, (1) filler welding that improves the gap tolerance by adding a filler wire that fills the gap, and (2) the laser beam is perpendicular to the weld line. There is a method of improving the gap tolerance by weaving in the direction.
[0010]
Filler welding in which a filler wire is added simultaneously with laser welding to fill the gap is a widely used method. Even when there is a gap, it is possible to form a good bead by controlling the amount of filler added.
[0011]
However, filler welding requires a filler feeding device, and there are technical problems such as severe position accuracy due to wire bending and the like, and difficulty in following the curve due to the directionality. .
[0012]
A method of improving the gap tolerance with a laser alone by weaving the laser beam in a direction perpendicular to the welding line is a method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 8-257773. In this method, the laser beam is welded by tilting the optical axis of the laser beam toward the thick plate with respect to the abutting surface of the differential thickness material (the thicker of the differential thickness materials is the thicker plate material). The object is to improve the gap tolerance by weaving in a direction perpendicular to the line and melting the thick plate material.
[0013]
However, in this method, when the plate thickness difference is large, it may be difficult to melt the thin plate after the laser has melted the thick plate material. In addition, when the thickness of the thin plate material to be welded is large, the laser beam is irradiated obliquely, so the laser beam does not reach the back side of the abutting surface, and an unwelded part may occur, producing a structure. In doing so, it becomes a problem in strength.
[0014]
In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a laser welding method for a differential thickness material to obtain a good weld cross section regardless of the presence or absence of a gap when performing butt welding of the differential thickness materials with a laser. That is.
[0015]
[Means and Actions for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the differential thickness material laser welding method according to the present invention is configured as follows.
[0016]
The first laser welding method for differential thickness materials (corresponding to claim 1) is a material with different plate thicknesses. That is, thick plate and thin plate When the laser beam is moved along the welding line and irradiated, the focus position of the laser beam The plate In the laser welding method of the differential thickness material that is welded by vibrating up and down in the thickness direction, At the abutting surface of the thick plate material against the thin plate material, an edge portion is formed as a stepped portion protruding from the thickness portion of the thin plate material, The upper end of the amplitude range of the vertical vibration of the focus position of the laser beam is A volume equal to or greater than the volume of the gap part of the butt face in the thick plate To be able to melt the edge part Above the upper surface of the thick plate material, This is the position where the edge is irradiated with the laser beam, and the lower end of the amplitude range is characterized by setting the surface within the gap of the butt surface to be irradiated with the laser beam so that keyhole welding is possible. It is done.
[0017]
According to the first laser welding method of the differential thickness material, when the laser beam is moved along the welding line and irradiated, the focus position of the laser beam is vibrated up and down in the thickness direction of the material. When the focus position that vibrates up and down is above, the upper part of the thick plate is heated and melted by the laser beam, and the melt flows into the gap of the abutting surface. In some cases, the entire surface at the gap of the butting surfaces is heated, so that the melt that has flowed into the gap can surely fill the gap and perform good welding.
[0019]
Also, First 1 According to the laser welding method of the difference thickness material, the edge portion is irradiated with the laser beam so that the edge portion of the thick plate material can be melted at the upper end of the amplitude range of the vertical vibration of the focus position of the laser beam. The lower end of the amplitude range is set to a position where the laser beam is irradiated on the surface in the gap of the butt surface so that keyhole welding is possible. When the edge of the thick plate material is reliably melted and the focus position of the laser beam is below, it is a position where keyhole welding is possible, so the inside of the butt surface is heated reliably, and the heating effect flows into the thick plate material. The melt can fill the gap and perform good welding.
[0020]
The second differential thickness material laser welding method (corresponding to claim 2) is: In the above method, preferably, The period of vertical vibration of the focus position of the laser beam is such that when the laser beam is moved along the welding line and irradiated, the edge part is completely melted over the welding line by the laser beam, and the gap part is the edge part. It is characterized by a time interval such that it can be completely sealed over the weld line by the melt produced by melting.
[0021]
First 2 According to the laser welding method of the difference thickness material, when the period of the vertical vibration of the focus position of the laser beam is irradiated by moving the laser beam along the welding line, the edge portion crosses the welding line by the laser beam. The laser beam is moved along the weld line because the time interval is such that the gap part can be completely blocked over the weld line by the melt generated by melting the edge part. At this time, it is possible to reliably fill all the gaps generated in the abutting surfaces with the melt of the edge portion of the thick plate material, and to perform good welding.
[0022]
First 3 Laser welding method for different thickness materials (claims) 3 In the above method, preferably, a material in which dross is adhered to a thick plate material among materials having different thicknesses is used, and the end surface on which the dross is adhered is positioned on the laser beam irradiation side and the laser is used. Characterized by welding.
[0023]
First 3 According to the laser welding method of different thickness materials, a material in which dross is attached to a thick plate material among materials having different thicknesses is used, and the end surface to which the dross is attached is positioned on the laser beam irradiation side and laser is used. When the focus position where the laser beam vibrates up and down is to be welded, the dross is heated by the laser beam together with the upper edge of the thick plate material and melts, and the melt flows into the gap of the butt surface, In addition, when the focus position where the laser beam oscillates vertically is below, the entire surface at the gap of the abutting surface is heated, so that the melt flowing into the gap reliably fills the gap and performs good welding. be able to.
[0024]
The fourth laser welding method (corresponding to claim 4) of the differential thickness material is produced in the thick plate material cut by the cutting method using laser cutting, plasma cutting, and gas cutting as the cutting method of the butt surface of the differential thickness material. When the end face where the dross is attached is positioned on the laser beam irradiation side and the laser beam is moved along the welding line and irradiated, the focus position of the laser beam is vibrated up and down in the thickness direction of the material, The upper end of the amplitude range of the vertical vibration of the focus position of the laser beam is located above the upper surface of the thick plate material It is characterized by that.
[0025]
First 4 According to the laser welding method of the difference thickness material, laser cutting, plasma cutting, gas cutting is used as the cutting method of the butt surface of the difference thickness material, and the end face where the dross generated in the thick plate material cut by the cutting method is attached When the laser beam is moved along the welding line and irradiated, the focus position of the laser beam is vibrated up and down in the thickness direction of the material. When the position is above, the dross is heated and melted by the laser beam together with the upper edge of the thick plate material, the melt flows into the gap of the butting surface, and the focus position where the laser beam oscillates vertically is below The entire surface of the butt face gap is heated, so that the melt that flows into the gap reliably fills the gap. See, it is possible to carry out a good welding.
[0026]
In the laser welding method of the fifth differential thickness material (corresponding to claim 5), in the above method, it is preferable that the upper end of the amplitude range of the vertical vibration of the focus position of the laser beam melts the dross of the thick plate material. As possible Above the upper surface of the thick plate material, This is the position where the laser beam is irradiated to the dross, and the lower end of the amplitude range is characterized by setting the surface within the gap of the butt surface to be irradiated with the laser beam so that keyhole welding is possible. .
[0027]
First 5 According to the laser welding method of the difference thickness material, the upper end of the range of the vertical vibration amplitude of the focus position of the laser beam is the position where the laser beam is irradiated to the dross so that the dross of the thick plate material can be melted. The lower end of the amplitude range is set to a position where the laser beam is irradiated on the surface in the gap of the butt surface so that keyhole welding is possible. When the dross is melted together with the edge of the laser beam and the focus position of the laser beam is below, it is a position where keyhole welding is possible, so the inside of the butt surface is heated reliably and flows into the thick plate due to the heating effect. The melt can fill the gap and perform good welding.
[0028]
In the laser welding method for sixth thickness difference material (corresponding to claim 6), the vertical vibration period of the focus position of the laser beam is preferably irradiated by moving the laser beam along the welding line. When the dross melts completely over the weld line by the laser beam, the gap Thick plate material with a volume equal to or greater than the volume of the gap It is characterized by a time interval that can be completely blocked over the weld line by the melt produced by melting the dross together with the edge portion.
[0029]
First 6 According to the laser welding method of the difference thickness material, the period of the vertical vibration of the focus position of the laser beam is such that when the laser beam is moved along the welding line and irradiated, the dross is spread over the welding line by the laser beam. The laser beam is moved along the weld line because the time interval is such that it is completely melted and the gap can be completely sealed over the weld line by the melt produced by the melted dross along with the edge. When this is done, it is possible to reliably fill all gaps occurring on the abutting surfaces with the melt of the edge portion of the thick plate material and the dross, and good welding can be performed.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0031]
The configurations, shapes, sizes, and arrangement relationships described in the embodiments are merely schematically shown to the extent that the present invention can be understood and implemented, and the numerical values and the compositions (materials) of the respective configurations are only examples. Only. Therefore, the present invention is not limited to the embodiments described below, and can be modified in various forms without departing from the scope of the technical idea shown in the claims.
[0032]
FIG. 1 is a perspective view showing a state in which laser welding is performed for illustrating a laser welding method for a differential thickness material according to a first embodiment of the present invention. The thick plate material 10 and the thin plate material 11 are abutted, and a gap is partially generated on the abutting surface 12, and a gap 13 having a width larger than the diameter of the portion where the laser beam spreads is generated. The weld line 14 is a line segment formed by the intersection of the butt surface 12 and the surface 15 of the thin plate material 11.
[0033]
A laser beam irradiation method when laser welding the differential thickness materials thus butted together will be described. First, the starting point 18 of the welding line 14 is irradiated from a direction perpendicular to the surface 17 of the thick plate member 10 and the surface 15 of the thin plate member 11 where the laser beam 16 from a laser welding apparatus (not shown) is abutted.
[0034]
At this time, the laser output is set to such an extent that the thick plate material 10 can be melted and the thin plate material 11 can be heated so that at least the melt of the thick plate material 10 can be satisfactorily bonded to the thin plate material 11. Further, the focus position 19 of the laser beam 16 is fixed at a position where the edge portion 20 is irradiated with the laser beam 16 so that the edge portion 20 of the thick plate material can be melted.
[0035]
Next, the laser beam 16 is always radiated from the direction perpendicular to the surface 17 of the thick plate material 10 and the surface 15 of the thin plate material 11 along the welding line 14, and the focus position 19 of the laser beam 16 is set to the thick plate material 10 and the thin plate material. 11 while moving it up and down in the plate thickness direction. The locus of the focus position 19 of the laser beam 16 at that time is indicated by F in FIG.
[0036]
The upper end FU of the range of amplitude of vertical vibration of the focus position 19 of the laser beam 16 is a position at which the edge portion 20 is irradiated with the laser beam 16 so that the edge portion 20 of the thick plate material 10 can be melted. is there.
[0037]
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the arrangement of the laser beam 16, the thick plate material 10, and the thin plate material 11 at that time. The laser beam 16 has its beam diameter expanded from the focus position of the upper end FU within the range of the amplitude of vertical vibration, and is irradiated onto the edge portion 20 of the thick plate material 10.
[0038]
Further, the lower end FD of the range of amplitude of the vertical vibration of the focus position 19 of the laser beam 16 is a position where the laser beam 16 is irradiated on the surface in the gap of the abutting surface so that keyhole welding can be performed.
[0039]
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the arrangement of the laser beam 16, the thick plate material 10, and the thin plate material 11 at that time. Since the focus position of the lower end FD of the range of amplitude of the vertical vibration is near the surface 15 of the thin plate material, the laser beam 16 is irradiated on the surface in the gap between the abutting surfaces 12 of the thick plate material 10 and the thin plate material 11 with high light intensity. Is done.
[0040]
The vertical vibration period of the focus position 19 of the laser beam 16 is such that when the laser beam 16 is moved along the welding line 14, the edge portion 20 is completely melted over the welding line 14 by the laser beam 16, The time interval is set such that the gap portion can be completely blocked over the weld line 14 by the melt produced by melting the edge portion 20.
[0041]
The vertical vibration of the focus position 19 of the laser beam 16 is performed by vertically vibrating a laser beam condensing lens of a laser welding apparatus (not shown), or the laser beam of the laser welding apparatus is reflected and condensed. This is done by vibrating the concave mirror for up and down.
[0042]
In this manner, the differential thickness material is welded by moving the laser beam 16 along the welding line 14 from the start point 18 to the end point 21.
[0043]
Next, the effect | action at the time of performing laser welding with the laser welding method which concerns on this embodiment is demonstrated using FIGS.
[0044]
When the laser beam 16 is moved along the welding line 14 from the start point 18 to the end point 21, the focus position 19 of the laser beam 16 fluctuates so as to draw a locus F as shown in FIG. To do. When the focus position 19 of the laser beam 16 is above the upper end FU shown in FIG. 2, the edge portion 20 of the thick plate material 10 is heated to the melting point or more by the laser beam 16 and thereby melted. When the focus position 19 of the laser beam 16 is below the lower end FD shown in FIG. 3, it is a position where keyhole welding is possible and the inside of the butting surface 12 is heated.
[0045]
The molten metal from the edge part 20 melted by the laser beam 16 flows into the gap of the butt surface 12 (FIGS. 4 and 5). At this time, when the focus position 19 of the laser beam 16 is below before the edge portion 20 is melted (FIG. 6), the temperature of the heated butt surface 12 is increased, and therefore the edge portion 20 The molten metal that has flowed in from is joined well at the butt surface 12 to form a good weld 22.
[0046]
In laser welding, when welding is performed simply by setting the focus position upward in order to melt the edge of the thick plate material, the butt is not heated because the power density at the butt surface is small. The molten metal melted by the irradiation may flow into the butt surface and cause poor fusion with the wall surface. Moreover, there is a possibility that the material cannot be melted to the back side.
[0047]
However, in this embodiment, the focus position 19 of the laser beam 16 is vibrated up and down to heat the abutting surface 12 by the laser beam 16 and the temperature of the heated abutting surface 12 rises, so that the edge portion 20 The molten metal that has flowed in can be satisfactorily joined at the abutting surface, and a good weld can be formed.
[0048]
Furthermore, in this embodiment, since the laser is vibrated up and down, when the laser focus position 19 comes to the upper end FU, the surface 15 of the thin plate material is also heated as shown in FIG. Improves. Therefore, the molten metal bead 23 is not a convex shape, and has a gentle bead shape as shown in FIGS. For this reason, in the present invention, not only the gap tolerance is increased, but also the stress concentration reducing effect of the welded portion is obtained, and a post-process reducing effect such as G finishing after welding is also obtained.
[0049]
In this way, the focus position 19 of the laser beam 16 vibrates up and down, so that the gap of the abutting surface 12 is joined while filling the edge portion 20 with the melted melt, and is moved along the weld line with it. In addition, it is possible to perform welding in a state where the gap is satisfactory and completely filled from the start point 18 to the end point 21. Note that the welding feed rate, the vertical vibration frequency of the laser beam, and the like are set to the optimum values depending on the output of the laser used, the diffusion angle θ of the laser beam (described later), the thickness of the welding material, and the like.
[0050]
In the present embodiment, in order to vibrate the focus position 19 of the laser beam 16 in the thickness direction of the material, the condensing lens of the laser welding apparatus is vibrated up and down or the concave mirror is vibrated up and down. However, you may make it provide the condensing lens which vibrates in the laser beam emission position outside a laser welding apparatus. Further, the laser beam 16 from the laser welding apparatus may be fixed, and the material to be welded may be vibrated up and down relatively with respect to the focus position 19 of the laser beam 16.
[0051]
Next, an allowable range of the gap width of the butting surfaces will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a cross-sectional view showing a state when a laser beam is irradiated on the butted surfaces. In the laser welding method of the present invention, since the gap is filled with the melted melt of the edge portion 20 of the thick plate member 10, ideally, the volume of the edge portion and the volume of the gap portion should be equal. It becomes. That is, the allowable range of the gap between the butted surfaces is equal to the cross-sectional area S including the edge portion of the thick plate material. Therefore, the allowable range of the gap G is caused by the laser defocus amount d, the plate thicknesses T and t of the material, and the laser diffusion angle θ. Here, the relational expression shown in Expression (1) holds.
[0052]
[Expression 1]

[0053]
Good welding can be performed by applying the laser welding method of the present invention to such a butted surface having a gap width within an allowable range.
[0054]
When performing laser welding in the past, since the laser spot diameter is as small as about φ0.6 mm, machining is performed on the abutting surface for the purpose of improving the material accuracy at the abutting surface. In this machining, if the material accuracy is such that the gap generated on the butt surface is within the allowable range, good laser welding can be performed.
[0055]
When the laser welding method of this embodiment is applied, a cutting method such as laser cutting, plasma cutting, gas cutting, or the like is desirable as a cutting method of the butt surfaces of the materials to be joined.
[0056]
Next, a laser welding method for a differential thickness material according to a second embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 8, a molten metal called dross 25 adheres to the material cut by a cutting method such as laser cutting on the outside of the cut surface 24. Similar melts adhere to the outside of the cut surface 24 in gas cutting and plasma cutting. This dross 25 is utilized.
[0057]
The manner in which laser welding is performed using the laser welding method for differential thickness materials according to the second embodiment of the present invention is the same as that shown in FIG. As the thick plate material 10, a material to which dross is attached is used, and the end surface to which dross is attached is positioned on the laser beam irradiation side and is abutted against the thin plate material 11.
[0058]
Further, the laser beam irradiation method for laser welding the differential thickness materials thus butted together is such that the upper end FU of the range of amplitude of the vertical vibration of the focus position 19 of the laser beam 16 is aligned with the edge portion 20 of the thick plate material 10. The edge 20 and the dross 25 are irradiated with the laser beam 16 so that the dross 25 can be melted, and the vertical oscillation period of the focus position 19 of the laser beam 16 is set to be welded. When moving along the line 14, the edge portion 20 and the dross 25 are completely melted over the welding line 14 by the laser beam 16, and the gap portion is formed by melting the edge portion 20 and the dross 25. This is the same as in the first embodiment except that the time interval is set such that it can be completely blocked over the weld line.
[0059]
Next, the operation when performing laser welding by the laser welding method according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
[0060]
When the laser beam 16 is moved along the welding line from the start point to the end point, the focus position 19 of the laser beam 16 changes to draw a locus F while vertically oscillating as shown in FIG. When the focus position 19 of the laser beam 16 is above the upper end shown in FIG. 9, the dross 25 is heated to the melting point or more by the laser beam 16 together with the edge portion of the thick plate material, thereby melting. When the focus position 19 of the laser beam 16 is below the lower end shown in FIG. 10, it is a position where keyhole welding is possible, and the inside of the butt surface is heated.
[0061]
The edge part melted by the laser beam 16 and the molten metal from the dross 25 flow into the gap of the butt part. At this time, when the focus position 19 of the laser beam 16 is below before the edge portion and the dross 25 are melted, the temperature of the heated butt surface rises. The molten metal that has flowed in joins well at the butt surface and forms a good weld.
[0062]
Thus, during welding, as shown in FIGS. 9 and 10, by positioning the dross adhering side of the thick plate material on the laser irradiation side, the edge and dross on the thick plate side are melted, and at the same time the melt is melted and bonded By doing so, the molten volume increases, and it becomes possible to earn a molten volume that fills the gap portion.
[0063]
Further, as shown in FIG. 11, the thick plate is set upside down on the dross 25 side and the thin plate is set up on the dross 26 side opposite to the laser irradiation. The cut surface obtained by laser cutting / plasma cutting is slightly tapered by the laser diffusion angle and plasma angle. By using the taper, there is a merit that the gap tolerance in the thickness direction is improved.
[0064]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, the present invention has the following effects.
[0065]
When the focus position where the laser beam vibrates up and down is above, the upper part of the thick plate is heated and melted by the laser beam, and the melt flows into the gap of the butting surface, and the focus position where the laser beam vibrates up and down Since the entire surface at the gap of the abutting surface is heated when the is below, the melt that has flowed into the gap surely fills the gap, and good welding can be performed. This also improves the gap tolerance for the welding of the differential thickness material, and enables good laser welding.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a state when laser welding is performed to show a laser welding method for a differential thickness material according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an arrangement of a laser beam, a thick plate material, and a thin plate material.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an arrangement of a laser beam, a thick plate material, and a thin plate material.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state in which molten metal from an edge portion melted by a laser beam flows into a gap of a butting surface.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state in which molten metal from an edge portion melted by a laser beam flows into a gap of a butting surface when the focus position of the laser beam is upward.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in which molten metal from an edge portion melted by a laser beam flows into a gap of a butting surface when the focus position of the laser beam is downward.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a state when a laser beam is irradiated on a butting surface.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a cross-sectional shape at the time of laser cutting.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the arrangement of a laser beam, a thick plate material, and a thin plate material.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing the arrangement of a laser beam, a thick plate material, and a thin plate material.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing an arrangement of a laser beam, a thick plate material, and a thin plate material.
FIG. 12 is a cross-sectional view of a plate material when laser welding is performed.
FIG. 13 is a perspective view showing a state of a butt surface when laser welding a differential thickness material.
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a state in which a laser beam is applied to a position where a gap on a butting surface is large when welding is performed.
[Explanation of symbols]
10 Thick plate material
11 Thin plate material
12 Butting surface
13 Gap
14 Welding line
15 Surface
16 Laser beam
17 Surface
18 Starting point
19 Focus position
20 Edge part

Claims

Butt thick plates and thin plate material, when irradiated is moved along the laser beam to the weld line, the laser welding method of different thickness material for welding the focus position of the laser beam is vibrated up and down in the thickness direction,
An edge portion is formed as a stepped portion protruding from the thickness portion of the thin plate material at the butting surface of the thick plate material with respect to the thin plate material,
The upper end of the range of the vertical vibration amplitude of the focus position of the laser beam can melt the edge portion having a volume equal to or greater than the volume of the gap portion of the abutting surface of the thick plate material. The position above the upper surface of the thick plate material, the edge is irradiated with the laser beam,
The difference thickness material laser welding method, wherein the lower end of the amplitude range is set at a position where the laser beam is irradiated to the surface in the gap of the butt face so that keyhole welding is possible.

The period of the vertical vibration of the focus position of the pre-SL laser beam,
When irradiating the laser beam by moving along the welding line,
The edge is completely melted across the weld line by the laser beam;
2. The differential thickness material laser according to claim 1, wherein the gap portion has a time interval such that the gap portion can be completely closed over the weld line by a melt produced by melting the edge portion. Welding method.

Even without least with wood fees that adhering dross in the thick plates,
3. The laser welding method for differential thickness materials according to claim 1, wherein laser welding is performed with the end face to which the dross is attached positioned on the laser beam irradiation side.

Laser cutting, plasma cutting and gas cutting are used as the cutting method for the butt surface of the differential thickness material
When the end face to which the dross generated in the thick plate cut by the cutting method is attached is positioned on the laser beam irradiation side and the laser beam is moved along the welding line and irradiated, the focus position of the laser beam is set. Visible up and down in the thickness direction of the material,
The laser welding method for differential thickness materials, wherein an upper end of a range of amplitude of vertical vibration of the focus position of the laser beam is located above an upper surface of the thick plate material.

The upper end of the amplitude range of the vertical vibration of the focus position of the laser beam is a position above the upper surface of the thick plate material, at which the laser beam is irradiated to the dross so that the dross of the thick plate material can be melted And
5. The differential thickness material laser according to claim 4, wherein the lower end of the amplitude range is set to a position where the laser beam is irradiated onto the surface in the gap of the butt surface so that keyhole welding is possible. Welding method.

The period of vertical vibration of the focus position of the laser beam is
When irradiating the laser beam by moving along the welding line,
The dross is completely melted across the weld line by the laser beam;
The gap portion can be completely blocked over the weld line by the melt produced by melting the dross together with the edge portion of the thick plate material having a volume equal to or larger than the volume of the gap portion. laser welding method according to claim 4 or 5 different thickness material, wherein the such a time interval.