JP4666901B2 - Laser welding method and laser welding apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、スポット溶接等に適用可能なレーザ溶接方法及びレーザ溶接装置に関する。 The present invention relates to a laser welding method and a laser welding apparatus applicable to spot welding and the like.
軽金属であるアルミニウム合金は、加工性、耐食性、溶接性、電気伝導性、熱伝導性に優れ、放熱材、アルミ缶、押出形材等様々な用途に用いられている。また、軽金属であるマグネシウム合金は、プラスチックより強度が高く、また、アルミニウムより軽いといった特徴に加え、強度、鋼性、熱伝導性、振動吸収性等に優れ、更にリサイクル性にも優れることから、ステアリングホイール等の自動車部品、電子機器筐体等多くの用途に用いられている。 Aluminum alloys, which are light metals, are excellent in workability, corrosion resistance, weldability, electrical conductivity, and thermal conductivity, and are used in various applications such as heat dissipation materials, aluminum cans, and extruded shapes. In addition, magnesium alloy, which is a light metal, has higher strength than plastic and lighter than aluminum, as well as excellent strength, steel properties, thermal conductivity, vibration absorption, etc., and also excellent recyclability. It is used in many applications such as automotive parts such as steering wheels and electronic equipment casings.
これらの金属の溶接方法として、強い溶接電流を短時間流し、溶接面での発熱を利用して金属の溶接を行う抵抗溶接がある。しかしながら、アルミニウム合金等は、電気伝導性が極めて良く、従って、電極となる溶接ピンには、他の金属材料を溶接する場合より大電流を流す必要があり、Cu等で形成された電極となる溶接ピンは、溶接時に、溶接物や被溶接物にCuが付着してしまい、また、溶接物や被溶接物が付着してしまう。このため、アルミニウム合金等の溶接を行うときには、溶接ピンの寿命が短くなる傾向にあり、また、溶接部分の強度も、他の金属材料の溶接に比べ弱くなる。 As a welding method for these metals, there is resistance welding in which a strong welding current is passed for a short time and the metal is welded using heat generated on the welding surface. However, an aluminum alloy or the like has extremely good electrical conductivity. Therefore, it is necessary to pass a larger current to the welding pin serving as the electrode than when welding other metal materials, and the electrode is formed of Cu or the like. In the welding pin, Cu is adhered to the welded material or the workpiece to be welded, and the welded material or the workpiece is adhered. For this reason, when welding aluminum alloy etc., the lifetime of a welding pin tends to become short, and the intensity | strength of a welding part also becomes weak compared with the welding of another metal material.
アルミニウム合金、マグネシウム合金等の軽金属材料の溶接方法としては、抵抗溶接の他に、レーザ溶接がある。レーザ溶接は、光学系で集光したレーザビームにより溶接するものであり、高パワー密度を得られるため、瞬時に溶融を生じさせ得るので高速溶接が可能である。本発明者等は、その一例として下記非特許文献1に示すようなYAGレーザを用いたマグネシウム合金のレーザスポット溶接を研究している。
As a welding method for light metal materials such as aluminum alloy and magnesium alloy, there is laser welding in addition to resistance welding. Laser welding is performed by a laser beam condensed by an optical system, and a high power density can be obtained. Therefore, since melting can be instantaneously generated, high-speed welding is possible. The inventors have studied laser spot welding of a magnesium alloy using a YAG laser as shown in
また、非特許文献1では、レーザの焦点を供試材となるマグネシウム合金の表面にレーザビームの焦点を合わせると溶接面積が狭くなるため溶接強度が低くなることを報告している。
Further, Non-Patent
本発明は、以上のような背景技術に鑑みたものであり、その目的は、軽金属材料のレーザ溶接にあたって供試材への加圧力を併用することで、溶接強度の向上を図ることができるレーザ溶接方法及びこの方法に用いるレーザ溶接装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the background art as described above. The purpose of the present invention is to provide a laser capable of improving the welding strength by using a pressure applied to a test material in combination with laser welding of a light metal material. It is providing the welding method and the laser welding apparatus used for this method.
また、本発明の目的は、レーザビームの焦点位置を供試材の上方に位置させることで、溶接面積を広げ、溶接強度の向上を図ることができるレーザ溶接方法及びこの方法に用いるレーザ溶接装置を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a laser welding method capable of expanding the welding area and improving the welding strength by positioning the focal point of the laser beam above the specimen, and a laser welding apparatus used in this method. Is to provide.
本発明に係るレーザ溶接方法は、金属板に対して軽金属板をレーザ溶接するレーザ溶接方法において、金属板に対して軽金属板を重畳し、一対の治具を用いて重畳された金属板と軽金属板とを第1の加圧力で保持し、軽金属板の側から所定時間レーザビームを軽金属板に照射し、軽金属板の溶接箇所を軽金属板の融点より低く軟化温度より高い温度まで加熱された状態にし、所定時間の後レーザ照射を停止し、レーザ照射を停止すると同時に、第1の加圧力より高い第2の加圧力で、金属板の側から金属板を軽金属板に対して加圧し、金属板を支持する治具には、局所的に金属板を押圧する突部が設けられ、突部は、金属板を支持する治具が第2の加圧力で金属板を軽金属板に対して加圧したときに、金属板及び軽金属板を、軽金属板を支持する治具側へ変形させ、レーザビームを軽金属板に照射する際には、レーザビームの出力を、所定レベルまで段階的又は漸次的に上げ、金属板及び軽金属板は、マグネシウム合金である。 The laser welding method according to the present invention is a laser welding method in which a light metal plate is laser-welded to a metal plate, the light metal plate is superimposed on the metal plate, and the metal plate and the light metal superimposed using a pair of jigs. Holding the plate with the first pressure, irradiating the light metal plate with a laser beam for a predetermined time from the light metal plate side, and heating the welded portion of the light metal plate to a temperature lower than the melting point of the light metal plate and higher than the softening temperature The laser irradiation is stopped after a predetermined time, and at the same time the laser irradiation is stopped, the metal plate is pressed against the light metal plate from the metal plate side with a second pressurizing force higher than the first pressurizing force. The jig that supports the plate is provided with a protrusion that presses the metal plate locally. The jig that supports the metal plate applies the second pressing force to the metal plate against the light metal plate. Supports light metal plates and light metal plates when pressed That is deformed to the jig side, when irradiating the laser beam to the light metal plate, the output of the laser beam, stepwise or gradually raised to a predetermined level, the metal plate and light metal plates is magnesium alloy.
本発明では、例えば、レーザビームの照射を所定時間行った後に第2の加圧力で加圧すると共にレーザ照射を停止するようにし、軽金属板の溶接箇所が分散、すなわち薄くなり溶接強度が弱くなることを防止する。 In the present invention, for example, after performing laser beam irradiation for a predetermined time, pressurization is performed with the second applied pressure and laser irradiation is stopped, so that the welded portion of the light metal plate is dispersed, that is, thinned and the welding strength is weakened. To prevent.
また、本発明では、レーザヘッドを構成する集光レンズの焦点位置を軽金属板の上方に設定して軽金属板に照射されるようにし、溶接時の溶接物となる軽金属板や被溶接物となる金属板の蒸発を防止し、溶接物となる軽金属板を広い面積で軽金属板の融点より低く軟化温度より高い温度まで加熱された状態にし、接合面積を増やして溶接強度を高めるようにしてもよい。 Further, in the present invention, the focal position of the condensing lens constituting the laser head is set above the light metal plate so that the light metal plate is irradiated, and the light metal plate or the work piece to be welded during welding is obtained. The metal plate may be prevented from evaporating, and the light metal plate to be welded may be heated in a large area to a temperature lower than the melting point of the light metal plate and higher than the softening temperature , thereby increasing the joining area and increasing the welding strength. .
また、加圧は、金属板の側から行うようにすることもできる。また、治具は、供試材からの放熱を抑えるため、熱伝導率の低い材料としてチタン又はチタン合金を用いるようにしてもよい。 Further, the pressurization can be performed from the metal plate side. Further, the jig may use titanium or a titanium alloy as a material having low thermal conductivity in order to suppress heat radiation from the test material .
本発明によれば、一対の治具を用いて重畳された金属板と軽金属板とを第1の加圧力で保持し、軽金属板の側から所定時間レーザビームを軽金属板に照射し、軽金属板の溶接箇所を軽金属板の融点より低く軟化温度より高い温度まで加熱された状態にし、所定時間の後レーザ照射を停止し、レーザ照射を停止すると同時に、第1の加圧力より高い第2の加圧力で、金属板の側から金属板を軽金属板に対して加圧し、重ね合わせ溶接を行うようにすることで、溶接強度の向上を図ることができる。すなわち、レーザビームの照射開始から第2の加圧力を付加するのではなく、レーザ照射と第2の加圧力での加圧を時間的にずらすことで、軽金属板の溶接箇所が分散し、すなわち薄くなり溶接強度が弱くなることを防止することができる。そして、突部によって、溶接箇所を確実に加圧することができる。この溶接は、軽金属板が軽金属板の融点より低く軟化温度より高い温度まで加熱された状態で第2の加圧力で加圧されることから、突部が金属板を突き抜けてしまい、溶接強度が弱くなることを防止することができる。加えて、本発明によれば、レーザビームを軽金属板に照射する際に、レーザビームの出力を、所定レベルまで段階的又は漸次的に上げることにより、軽金属板が加熱され過ぎて蒸発することを防止することができる。 According to the present invention, a metal plate and a light metal plate, which are superimposed using a pair of jigs, are held with a first applied pressure, and the light metal plate is irradiated with a laser beam for a predetermined time from the light metal plate side. The welded portion is heated to a temperature lower than the melting point of the light metal plate and higher than the softening temperature , and after a predetermined time, the laser irradiation is stopped, and the laser irradiation is stopped. By pressurizing the metal plate against the light metal plate with pressure from the metal plate side and performing the overlap welding, the welding strength can be improved. That is, instead of applying the second pressing force from the start of laser beam irradiation, the welding positions of the light metal plate are dispersed by shifting the laser irradiation and pressurization with the second pressing force in time, that is, It is possible to prevent the weld strength from becoming thinner. And a welding location can be pressurized reliably by a protrusion. In this welding, since the light metal plate is pressed with the second pressure in a state where the light metal plate is heated to a temperature lower than the melting point of the light metal plate and higher than the softening temperature , the protrusion penetrates the metal plate, and the welding strength is increased. It can prevent weakening. In addition, according to the present invention, when the light metal plate is irradiated with the laser beam, the light metal plate is excessively heated to evaporate by gradually or gradually increasing the output of the laser beam to a predetermined level. Can be prevented.
以下、本発明を適用したレーザスポット溶接方法及びレーザスポット溶接装置について図面を参照して説明する。 Hereinafter, a laser spot welding method and a laser spot welding apparatus to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings.
本発明を適用したレーザ溶接では、被溶接物と溶接物にマグネシウム合金を用いる。具体的に、このマグネシウム合金は、板厚0.6mmのマグネシウム合金を長さ75mm、幅20mmに機械加工し,表面及び裏面を研磨後、ブタノンで脱脂洗浄したものである。このマグネシウム合金の化学組成を表1に示し、機械的性質を表2に示す。 In the laser welding to which the present invention is applied, a magnesium alloy is used for the work piece and the work piece. Specifically, this magnesium alloy is obtained by machining a magnesium alloy having a thickness of 0.6 mm to a length of 75 mm and a width of 20 mm, polishing the front and back surfaces, and degreasing and washing with butanone. The chemical composition of this magnesium alloy is shown in Table 1, and the mechanical properties are shown in Table 2.
なお、このマグネシウム合金は、例えば日本工業規格(Japanese Industrial Standard (JIS))で規定されるMS1である。 In addition, this magnesium alloy is MS1 prescribed | regulated by Japanese Industrial Standard (JIS), for example.
図1に示すように、このレーザスポット溶接に用いるレーザスポット溶接装置10は、被溶接物であるマグネシウム合金1と溶接物となるマグネシウム合金2とを重畳し、下治具11と上治具12とで挟み込むようにして保持する。具体的に、第1の治具となる下治具11は、重畳されたマグネシウム合金1,2を被溶接物となるマグネシウム合金1側から支持する支持部材であり、第2の治具となる上治具12は、溶接物となるマグネシウム合金2に接し、下治具11とで重畳されたマグネシウム合金1,2を挟み込むようにして保持する。下治具11は、更に、レーザ溶接の際、上治具12側に加圧力を加える加圧部材となり、被溶接物であるマグネシウム合金1との接触面には、局所的にマグネシウム合金1を押圧するための例えば直径が6mmの突部11aが設けられている。また、上治具12には、レーザビームBを溶接物となるマグネシウム合金2に照射するため貫通孔12aが形成されている。この貫通孔12aの直径は例えば10mmである。上治具12は、下治具11と協動して支持部材となる。
As shown in FIG. 1, a laser
下治具11及び上治具12には、マグネシウム合金1,2の加熱を効率よく行うため熱伝導率の低い材料が選択され、ここでは、チタン合金が用いられている。したがって、Cuといった熱伝導率の高い材料は不向きである。なお、熱伝導率の低い材料であれば、チタン合金の他、セラミック等であってもよい。
For the
下治具11は、レーザ照射前、例えば32Nの第1の加圧力を上治具12側に加え、マグネシウム合金1,2を保持する。また、下治具11は、レーザ溶接を行うとき、第1の加圧力より大きい第2の加圧力を上治具12側に加え、レーザビームBで融点より低く軟化温度より高い温度まで加熱された状態にある溶接物であるマグネシウム合金2に対して被溶接物であるマグネシウム合金2を圧接し接合するようにする。
The
下治具11と上治具12とによって保持されたマグネシウム合金1,2の上方には、マグネシウム合金1,2に対して光軸が垂直となるようにレーザ照射部となるレーザヘッド13が設けられている。このレーザヘッド13は、光源に、YAG(Yttrium Aluminum Garnet)レーザを用いている。レーザ溶接には、YAGレーザの他に炭酸ガスレーザを用いることがある。炭酸ガスレーザは、高出力であり、一般的に厚板の溶接に用いられるが、熱影響が大きいため加工物に歪みが発生してしまう。そこで、金属薄板の溶接を行うことを目的としたレーザヘッド13では、出力が低く供試材に対する熱影響が少なく、また、集光性や出力制御が容易なYAGレーザを用いるようにしている。また、YAGレーザは、光ファイバによって伝送することがでるため、ロボットにレーザヘッドを取り付けて自動溶接することができる。勿論、厚板の溶接を行う場合には、炭酸ガスレーザを用いるようにしてもよい。具体的に、ここでは、最大平均出力550W(最大パルスエネルギ70J)のパルスYAGレーザを用いている。そして、レーザビームBを照射するとき、レーザ出力は、所定レベルまで一度ではなく段階的又は漸次的に上げ、段階的又は漸次的にエネルギを加えるようにする。これにより、マグネシウム合金1,2が加熱され過ぎて蒸発することを防止することができる。
Provided above the
また、レーザヘッド13には、YAGレーザより出射されたレーザビームBを溶接物であるマグネシウム合金2の上方に集光するための集光レンズを含む複数のレンズ群からなる光学系が内蔵されている。この光学系には、例えば焦点距離が80mmの集光レンズが用いられている。また、レーザヘッド13には、更に焦点レンズの焦点位置Pを調整するためのフォーカス機構等が設けられている。フォーカス機構は、例えば、レーザヘッド13を昇降する機構であり、レーザヘッド13を昇降させることによって集光レンズの焦点位置Pを光軸方向に調整することができる。本例において、光学系の焦点位置Pは、被溶接物であるマグネシウム合金2の上方12mmの位置に設定される。
Further, the
このレーザ溶接では、焦点位置Pを溶接物であるマグネシウム合金2の上方に設定する。焦点位置Pを溶接物であるマグネシウム合金2の表面に設定したときには、入熱過多となり、マグネシウム合金2が蒸発除去してしまい、溶接強度が低下することがある。また、焦点位置Pを下側の被溶接物であるマグネシウム合金1の表面に合わせたときには、溶接物であるマグネシウム合金2の溶融蒸発が進み、更に、被溶接物であるマグネシウム合金1が蒸発除去してしまい、溶接強度が低下することがある。本発明を適用したレーザスポット溶接では、焦点位置Pを溶接物であるマグネシウム合金2の上方に設定することで、溶接時のマグネシウム合金1,2の蒸発を防止し、溶接物であるマグネシウム合金2を広い面積でマグネシウム合金2の融点より低く軟化温度より高い温度まで加熱された状態にし、溶接面積を広げることで溶接強度を高めるようにしている。
In this laser welding, the focal position P is set above the
更に、このレーザスポット溶接装置10には、チャンバ内でアシストガスやバックシールドガスを溶接箇所に吹き付けるためのガス供給部14が設けられている。ガス供給部14は、具体的に、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスを溶接箇所に吹き付け、レーザ溶接が不活性ガス雰囲気中で行われるようにし、溶接箇所の酸化等を防止する。ここでは、チャンバ内のガス置換を20秒以上行う。
Further, the laser
本発明を適用したレーザスポット溶接では、マグネシウム合金1,2をレーザ照射前に32Nの加圧力(第1の加圧力)で固定する。次いで、上治具12の貫通孔12aを通して溶接物であるマグネシウム合金1に対してレーザビームBを照射する。そして、レーザビームBを所定時間照射し、少なくとも溶接物となるマグネシウム合金2の溶接箇所をマグネシウム合金2の融点より低く軟化温度より高い温度まで加熱された状態にする。例えば、マグネシウム合金2は、溶接箇所が200℃程度若しくはそれ以上(例えば約565℃〜600℃付近)にまで加熱される。マグネシウム合金2は、200℃程度まで加熱されることによって変形しやすい伸びのある状態にされ、また、約565℃〜600℃付近まで加熱されることによって半溶融の状態となる。そして、レーザビームBを所定時間照射した後に下冶具11を上方へ移動させて第1の加圧力より高い第2の加圧力を付加すると同時にレーザビームBの照射を停止して溶接を終了する。このレーザスポット溶接では、レーザビームBの照射開始から第2の加圧力を付加するのではなく、レーザ照射と第2の加圧力での加圧を時間的にずらすことで、マグネシウム合金2の溶接箇所が分散、すなわち薄くなり溶接強度が弱くなることを防止している。勿論、溶接可能であれば、レーザビームBの照射開始から第2の加圧力を付加するようにしてもよい。また、レーザビームBの照射時間は、溶接箇所が溶融した状態ではなく、マグネシウム合金2の融点より低く軟化温度より高い温度まで加熱された状態になるまでの時間である。このレーザスポット溶接では、下治具11によって加圧を行うことから、仮に完全に溶接箇所を溶融させてしまうと、被溶接物であるマグネシウム合金1を下治具11の突部11aが突き抜けてしまうからである。
In laser spot welding to which the present invention is applied, the
なお、溶接条件を表3に示す。 Table 3 shows the welding conditions.
図2に、第2の加圧力を222Nとしたときの溶接時間とレーザ出力が及ぼす溶接の可否を示す。マグネシウム合金1,2を加熱するための総入熱量をレーザ出力(Q)、レーザ照射時間(T)、周波数(F)の積とすると、10.4×103〜13.8×103J以上で溶接可能となる。照射時間が長くなるのに伴いやや低いレーザ出力で溶接が可能となる。図示しないが、第2の加圧力が194Nのときには、13.2×103〜14.4×103J、第2の加圧力が250Nのときには、10.0×103〜11.0×103J以上で溶接できた。以上のことより第2の加圧力が高くなるのに伴い低入熱量で溶接が可能であることを確認することができる。
FIG. 2 shows the welding time and the possibility of welding exerted by the laser output when the second applied pressure is 222N. When the total heat input for heating the
図3は、レーザスポット溶接部の外観写真である。供試材であるマグネシウム合金1,2は、下治具11の突部11aにより第2の加圧力を付加したために、上治具12側へ円形凸型に変形している。また、上側に位置する溶接物であるマグネシウム合金2に破断している継手が確認できる。これは溶接物であるマグネシウム合金2の塑性変形が可能な温度まで加熱されなかったため、又は、入熱過多となりマグネシウム合金2が蒸発したためである。なお、この例では、破断している継手が確認されたが、この破断は、レーザビームBの強度を調整することで、発生を防止することができる。
FIG. 3 is an appearance photograph of the laser spot weld. The
図4は、レーザスポット溶接部横断面の巨視的及び微視的組織を示す。図3に示した外観写真と同様に下治具11の突部11aによる変形が確認できる。巨視的組織の写真を見ると、マグネシウム合金1,2は、第2の加圧力が作用するAポイント,Eポイントで溶接されている。これは、レーザビームBによる加熱のみならず,下治具11の突部11aによって第2の加圧力を加えたためである。溶接部分の組織には、上述の非特許文献1に示したようなスポット溶接継手の結晶粒界に見られた介在物は観察されなかった。また、結晶粒径は、AポイントとEポイントで約16.2μm、BポイントとDポイントでは、約19.2μm、Cポイントでは、約21.5μmであり、何れも母材の約9.4μmに比較して粗大化している。また、変形量が大きくなるのに伴い結晶粒は粗大化する傾向にある。割れは、図3の破断している継手に相当するものであり、何れも接合部であるAポイントとEポイントでは、確認されず、最も変形しているCポイントでのみ確認された。
FIG. 4 shows the macroscopic and microscopic structure of the laser spot weld cross-section. The deformation | transformation by the
図5は、溶接時間と引張せん断荷重の関係を示す。第2の加圧力及びレーザ出力の違いによる引張せん断荷重の差違は明瞭には認められなかったが、各条件とも、溶接時間40秒、50秒で引張せん断荷重は高い値を示した。破断形態は、溶接時間30秒〜50秒の溶接条件ではせん断形が多く観察され、60秒ではプラグ形が多く認められた。しかし、インターフェイス形は認められなかった。溶接時間30秒の条件で低い強度を示したのは、押込み量が少ないためであり、せん断形破断を呈した。溶接時間60秒の条件で低い強度を示したのは、押込み量が多く、接合部分の板厚が減少しそれを起点に破断したためであり、プラグ形破断であった。また、第2の加圧力が大きくなるのに伴い押込み量が増加しプラグ形破断となる傾向がある。最高値を示した継手は、第2の加圧力が222N、溶接時間50秒、レーザ出力23Jの条件で引張せん断荷重2.4kNのときである。そして、第2の加圧力が222Nの条件で比較的安定した強度が得られた。溶接時間40秒、50秒の全ての条件でマグネシウム合金1,2の抵抗スポット溶接継手の最高値である1.2kN以上の値を得ることができる。
FIG. 5 shows the relationship between welding time and tensile shear load. Although the difference in the tensile shear load due to the difference in the second applied pressure and the laser output was not clearly recognized, the tensile shear load showed a high value at the welding time of 40 seconds and 50 seconds in each condition. With regard to the fracture mode, many shear shapes were observed under welding conditions of a welding time of 30 seconds to 50 seconds, and many plug shapes were recognized at 60 seconds. However, no interface type was recognized. The reason why the low strength was exhibited under the condition of the welding time of 30 seconds was that the amount of indentation was small, and a shear fracture was exhibited. The reason why the low strength was exhibited under the condition of the welding time of 60 seconds was that the amount of indentation was large, the thickness of the joint portion was reduced, and the fracture occurred from that point, and it was a plug-type fracture. Further, as the second pressing force increases, the amount of pushing increases, and there is a tendency to cause a plug-type fracture. The joint showing the highest value is when the second applied pressure is 222 N, the welding time is 50 seconds, and the laser output is 23 J and the tensile shear load is 2.4 kN. A relatively stable strength was obtained under the condition that the second applied pressure was 222N. A value of 1.2 kN or higher, which is the maximum value of the resistance spot welded joints of
以上のようなレーザスポット溶接によれば、レーザビームBを溶接物であるマグネシウム合金2に照射し、更にマグネシウム合金1,2に対して第2の加圧力で加圧をすることで、溶接強度を高めることができる。具体的に、レーザスポット溶接では、レーザビームBの照射開始から第2の加圧力を付加するのではなく、レーザ照射と第2の加圧力での加圧を時間的にずらすことで、マグネシウム合金2の溶接箇所が分散、すなわち薄くなり溶接強度が弱くなることを防止することができる。
According to the laser spot welding as described above, the welding strength is obtained by irradiating the
また、レーザスポット溶接では、焦点位置Pを溶接物であるマグネシウム合金2の上方に設定することで、溶接時のマグネシウム合金1,2の蒸発を防止し、溶接物であるマグネシウム合金2を広い面積でマグネシウム合金2の融点より低く軟化温度より高い温度まで加熱された状態にすることができ、接合面積を増やして溶接強度を高めることができる。第2の加圧力で加圧するとき、被溶接物であるマグネシウム合金1は、下治具11の突部11aで加圧されることにより、溶接箇所を確実に加圧することができる。そして、この溶接は、マグネシウム合金2の融点より低く軟化温度より高い温度まで加熱された状態で加圧されることから、下治具11の突部11aが被溶接物であるマグネシウム合金1を突き抜けてしまい、溶接強度が弱くなることを防止することができる。
In laser spot welding, the focal position P is set above the
次に、以上のようなレーザスポット溶接に用いるレーザスポット溶接装置の更なる具体例について図6を参照して説明する。このレーザスポット溶接装置20は、下治具11が設けられる可動板21と、上治具12が設けられる固定板22とを有し、固定板22は、ガイド軸23の一端に固定され、可動板21は、ガイド軸23に、固定板22に対して近接離間する図6中矢印D方向及び反矢印D方向に移動可能に取り付けられている。更に、レーザスポット溶接装置20は、ガイド軸23に可動板21を移動させる操作板24が移動可能に取り付けられている。また、ガイド軸23には、可動板21と操作板24との間に、コイルバネ等の弾性体25が取り付けられ、可動板21は、弾性体25によって図6中矢印D方向に付勢されている。操作板24は、送りねじ26が回転することによって、ガイド軸23に沿って図6中矢印D方向及び反矢印D方向に移動し、弾性体25によって図6中矢印D方向に押圧されている可動板21も同方向に移動する。
Next, a further specific example of the laser spot welding apparatus used for laser spot welding as described above will be described with reference to FIG. The laser
また、可動板21の下治具11には、マグネシウム合金1,2の薄板を保持するための凹部11bが形成され、更に、この凹部11bには、上述の突部11aが形成されている。また、上治具12には、固定板22の上側に設けられたレーザヘッド13から出射されたレーザビームBを通す貫通孔12aが形成されている。
Further, the
また、レーザヘッド13には、フォーカス調整機構26が設けられている。このフォーカス調整機構26は、レーザヘッド13を昇降させることによって焦点位置Pを調整することができる。なお、ここでは、上述のように、焦点位置Pは、下治具11に保持されたマグネシウム合金2の上方12mmの位置に設定される。
The
以上のように構成されたレーザスポット溶接装置10は、送りねじ25が回転されることによって、操作板24と可動板21が図6中矢印D方向に移動し、下治具11の凹部11bに配置されたマグネシウム合金1,2を固定板22の上治具12に近接させ、上述した第1の加圧力で固定保持する。次いで、レーザヘッド13が駆動され、レーザビームBがマグネシウム合金2に照射され、マグネシウム合金1,2に対して第2の加圧力を付加するときになると、操作板24は、送りねじ25が回転されることによって、更に、図6中矢印D方向に移動される。すると、弾性体25は、収縮し、可動板21は、弾性体25の弾性力を受けて、下治具11と上治具12により固定保持されたマグネシウム合金1,2に対して第2の加圧力を加える。すなわち、このレーザスポット溶接装置20では、送りねじ25による操作板24及び可動板21の送り量を調整することによって、マグネシウム合金1,2に加える第1の加圧力と第2の加圧力を調整することができる。
In the laser
以上の例では、スポット溶接を例に取り説明したが、シーム溶接にも適用可能である。 In the above example , spot welding has been described as an example, but it can also be applied to seam welding.
1,2 マグネシウム合金、10 レーザスポット溶接装置、11 下治具、11a 突起、12 上治具、12a 貫通孔、13 レーザヘッド、14 ガス供給部 1, 2 Magnesium alloy, 10 Laser spot welding device, 11 Lower jig, 11a Protrusion, 12 Upper jig, 12a Through hole, 13 Laser head, 14 Gas supply part
Claims (3)
上記金属板に対して上記軽金属板を重畳し、
一対の治具を用いて上記重畳された金属板と軽金属板とを第1の加圧力で保持し、
上記軽金属板の側から所定時間レーザビームを上記軽金属板に照射し、上記軽金属板の溶接箇所を該軽金属板の融点より低く軟化温度より高い温度まで加熱された状態にし、上記所定時間の後レーザ照射を停止し、
上記レーザ照射を停止すると同時に、上記第1の加圧力より高い第2の加圧力で、上記金属板の側から上記金属板を上記軽金属板に対して加圧し、
上記金属板を支持する治具には、局所的に上記金属板を押圧する突部が設けられ、
上記突部は、上記金属板を支持する治具が上記第2の加圧力で上記金属板を上記軽金属板に対して加圧したときに、上記金属板及び上記軽金属板を、上記軽金属板を支持する治具側へ変形させ、
上記レーザビームを上記軽金属板に照射する際には、該レーザビームの出力を、所定レベルまで段階的又は漸次的に上げ、
上記金属板及び上記軽金属板は、マグネシウム合金であるレーザ溶接方法。 In a laser welding method for laser welding a light metal plate to a metal plate,
Superimposing the light metal plate on the metal plate,
Holding the superimposed metal plate and light metal plate with a first pressure using a pair of jigs,
The light metal plate is irradiated with a laser beam for a predetermined time from the light metal plate side, the welded portion of the light metal plate is heated to a temperature lower than the melting point of the light metal plate and higher than the softening temperature, and the laser is irradiated after the predetermined time. Stop the irradiation,
At the same time as stopping the laser irradiation, the metal plate is pressed against the light metal plate from the side of the metal plate with a second pressure higher than the first pressure,
The jig for supporting the metal plate is provided with a protrusion that presses the metal plate locally,
When the jig that supports the metal plate presses the metal plate against the light metal plate with the second pressure, the protrusion is configured to attach the light metal plate to the metal plate and the light metal plate. Deform it to the supporting jig side,
When irradiating the light metal plate with the laser beam, the output of the laser beam is increased stepwise or gradually to a predetermined level,
The laser welding method, wherein the metal plate and the light metal plate are magnesium alloys.
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