JP7639752B2 - Laser welding method - Google Patents
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Description
本開示は、レーザー溶接方法に関する。 This disclosure relates to a laser welding method.
亜鉛メッキ鋼板は母材金属板である鋼板の表面に防錆用の亜鉛メッキを施した鋼板材であり、例えば自動車の車体の構造材等として多用されている。従来、特許文献1に記載されるように、2枚の亜鉛メッキ鋼板を重ね合わせて、その重ね合わせ部分にレーザー光を照射して、鋼板材を溶融、結合させるレーザー溶接方法が知られている。
Galvanized steel sheets are steel sheets in which the surface of the base metal steel sheet is plated with zinc for rust prevention, and are widely used, for example, as structural materials for automobile bodies. As described in
上記レーザー溶接を行う際、亜鉛の沸点(約900℃)が鋼板(鉄)の融点(約1500℃)より低いことに起因して、溶接欠陥が発生することが知られている。つまり、レーザー光を重ね合わせ部分に照射することにより、鋼板が溶融するが、この時、重ね面の亜鉛がガス化する。そして、亜鉛ガスは溶融した鋼板内を通って外に抜けようとする。その結果、溶融した鋼板の一部が吹き飛ばされたり、一部の亜鉛ガスが鋼板内部に残り、ブローホールと呼ばれる気孔を形成して、溶接強度を劣化させたり、外観が悪くなる。 When performing the above-mentioned laser welding, it is known that welding defects occur due to the fact that the boiling point of zinc (approximately 900°C) is lower than the melting point of steel sheets (iron) (approximately 1500°C). In other words, when laser light is irradiated onto the overlapping parts, the steel sheets melt, and at this time, the zinc on the overlapping surfaces gasifies. The zinc gas then passes through the molten steel sheets and tries to escape to the outside. As a result, part of the molten steel sheet is blown away, or some of the zinc gas remains inside the steel sheet, forming air holes called blowholes, which deteriorate the weld strength and deteriorate the appearance.
このような溶接不良を防止するために、特許文献1に記載のレーザー溶接方法では、レーザー光の焦点位置を意図的に亜鉛メッキ鋼板の表面からずらして照射するようにしている。レーザー光の焦点位置をずらすことにより、母材金属を溶融して形成される溶融池の面積が大きくなり、溶融池を通してメッキ金属ガスを低い圧力で安定して外部に逃すことができる。
In order to prevent such welding defects, the laser welding method described in
しかし、上記方法では、レーザーの焦点位置を金属板表面から上方または下方にずらすという煩雑な調整作業が必要であった。煩雑な作業を要することなく、亜鉛等のメッキ金属の蒸気の吹き出しによる溶接不良を低減する技術が望まれる。 However, the above method requires the complicated adjustment work of shifting the laser focal position above or below the metal plate surface. A technology that can reduce welding defects caused by the blowing out of plating metal vapor such as zinc without the need for complicated work is desired.
本開示は、以下の形態として実現することが可能である。
[形態1]母材金属板よりも低い融点の金属でメッキされた複数の金属メッキ板を重ね合わせて溶接するレーザー溶接方法であって、前記複数の金属メッキ板を重ね合わせる重ね合わせ工程と、前記重ね合わせ工程において重ね合わされた最上層の前記金属メッキ板の表面の溶接領域にメッキ除去用のレーザー光を照射し、前記メッキ除去用のレーザー光を最下層の前記金属メッキ板に到達させて、重ね合わされた前記金属メッキ板の間のメッキ層を蒸発させるメッキ層蒸発工程と、前記メッキ層蒸発工程の後に、前記溶接領域に、前記メッキ除去用のレーザー光よりも集光径の大きい本溶接用のレーザー光を照射し、前記母材金属板を溶融して前記複数の金属メッキ板を接合する接合工程と、を有し、前記メッキ層蒸発工程において、前記溶接領域よりも小さい領域の溶融池を順次前記溶接領域内に形成するように、前記メッキ除去用のレーザー光を前記溶接領域に対して複数回照射する、レーザー溶接方法。
The present disclosure can be realized in the following forms.
[Mode 1] A laser welding method for overlapping and welding a plurality of metal-plated sheets, each plated with a metal having a lower melting point than a base metal sheet, comprising: a superposing step of overlapping the plurality of metal-plated sheets; a plating layer evaporating step of irradiating a welding region on a surface of the topmost metal-plated sheet overlapped in the superposing step with a laser light for plating removal, causing the laser light for plating removal to reach the bottommost metal-plated sheet, thereby evaporating the plating layer between the overlapped metal-plated sheets; and a joining step of irradiating the welding region with a laser light for main welding having a larger focused diameter than the laser light for plating removal, after the plating layer evaporating step, to melt the base metal sheet and join the plurality of metal-plated sheets, wherein in the plating layer evaporating step, the laser light for plating removal is irradiated to the welding region a plurality of times so as to sequentially form a molten pool of an area smaller than the welding region within the welding region.
(1)本開示の一形態によれば、レーザー溶接方法が提供される。このレーザー溶接方法は、母材金属板よりも低い融点の金属でメッキされた複数の金属メッキ板を重ね合わせて溶接するレーザー溶接方法であって、前記複数の金属メッキ板を重ね合わせる重ね合わせ工程と、前記重ね合わせ工程において重ね合わされた最上層の前記金属メッキ板の表面の溶接領域にメッキ除去用のレーザー光を照射し、前記メッキ除去用のレーザー光を最下層の前記金属メッキ板に到達させて、重ね合わされた前記金属メッキ板の間のメッキ層を蒸発させるメッキ層蒸発工程と、前記メッキ層蒸発工程の後に、前記溶接領域に、前記メッキ除去用のレーザー光よりも集光径の大きい本溶接用のレーザー光を照射し、前記母材金属板を溶融して前記複数の金属メッキ板を接合する接合工程と、を有する。
この形態のレーザー溶接方法によれば、メッキ層蒸発工程において、最上層の金属メッキ板の表面の溶接領域にメッキ除去用のレーザー光が照射され、各金属メッキ板間のメッキ層が蒸発して除去される。その後、接合工程において、溶接領域に、メッキ除去用のレーザー光よりも集光径の大きい本溶接用のレーザー光が照射され、各金属メッキ板が接合される。このように、本溶接としての接合工程が行われる際には、溶融領域に対応する部位における各金属メッキ板間のメッキ層が除去されている。このため、例えば、レーザー光の焦点位置を鋼板の表面から意図的にずらすような煩雑な調整作業を要することなく、接合工程において、メッキ金属の蒸気の吹き出しによる溶接不良を低減することができ、溶接品質を向上させることができる。
(2)上記形態のレーザー溶接方法において、前記メッキ層蒸発工程において、前記溶接領域よりも小さい領域の溶融池を順次前記溶接領域内に形成するように、前記メッキ除去用のレーザー光を前記溶接領域に対して複数回照射してもよい。この形態のレーザー溶接方法によれば、メッキ層蒸発工程において、溶接領域よりも小さい領域の溶融池を順次溶接領域内に形成するように、メッキ除去用のレーザー光が溶接領域に対して複数回照射される。このため、メッキ金属の蒸気の吹き出しによる大きな気孔が生じることを好適に回避できる。
(3)上記形態のレーザー溶接方法において、前記メッキ層蒸発工程において、前記メッキ除去用のレーザー光が照射されることにより前記溶接領域に順次形成される前記溶融池は、連続する照射においては前記溶融池同士が互いに離間していてもよい。この形態のレーザー溶接方法によれば、メッキ層蒸発工程において、連続する照射においては溶融池同士が離間している。このため、溶融状態の溶融池が合体して大きな溶接池を形成することがなく、メッキ金属の蒸気の吹き出しによる大きな気孔が生じることを好適に回避できる。
(4)上記形態のレーザー溶接方法において、前記溶接領域は円形状であり、前記メッキ除去用のレーザー光の1回の照射により形成される前記溶融池は、前記溶接領域より小さい円形状であり、前記溶融池の径は、前記溶接領域の径の3分の1以下かつ4分の1より大きくてもよい。
一般に、溶接領域に対して溶融池の径が小さければ、溶接不良の発生をより抑えることができるが、溶接サイクルタイムは長くなる。上記形態のレーザー溶接方法によれば、溶融池の径は、溶接領域の径の3分の1以下かつ4分の1より大きい。溶融池の径をこのように適度に設定することにより、溶接不良を抑制できるとともに、溶接サイクルタイムが著しく長くなることを抑制できる。
(5)上記形態のレーザー溶接方法において、前記母材金属板は鋼板であり、前記メッキ層の金属は亜鉛であってもよい。この形態のレーザー溶接方法によれば、亜鉛メッキ鋼板のレーザー溶接による接合において、メッキ層を形成する亜鉛を好適に除去でき、溶接品質を向上させることができる。
(1) According to one embodiment of the present disclosure, there is provided a laser welding method for overlapping and welding a plurality of metal-plated sheets, each plated with a metal having a melting point lower than that of a base metal sheet, the method including: an overlapping step of overlapping the plurality of metal-plated sheets, a plating layer evaporating step of irradiating a welding region on a surface of the topmost metal-plated sheet overlapped in the overlapping step with a laser beam for plating removal and allowing the laser beam for plating removal to reach the bottommost metal-plated sheet to evaporate a plating layer between the overlapped metal-plated sheets, and a joining step of irradiating the welding region with a laser beam for main welding having a larger focused diameter than the laser beam for plating removal after the plating layer evaporating step, thereby melting the base metal sheet and joining the plurality of metal-plated sheets.
According to this form of the laser welding method, in the plating layer evaporation step, a plating removal laser beam is irradiated onto the welding area on the surface of the uppermost metal-plated sheet, and the plating layer between each metal-plated sheet is evaporated and removed. Then, in the joining step, a main welding laser beam having a larger focused beam diameter than the plating removal laser beam is irradiated onto the welding area, and each metal-plated sheet is joined. In this manner, when the joining step as the main welding is performed, the plating layer between each metal-plated sheet at the portion corresponding to the melting area has been removed. Therefore, for example, without the need for a complicated adjustment operation such as intentionally shifting the focal position of the laser beam from the surface of the steel sheet, in the joining step, welding defects due to the blowing out of plating metal vapor can be reduced, and welding quality can be improved.
(2) In the laser welding method of the above aspect, the plating removal laser light may be irradiated to the welding area multiple times in the plating layer evaporation step so that molten pools smaller than the welding area are successively formed in the welding area. According to the laser welding method of this aspect, the plating removal laser light is irradiated to the welding area multiple times in the plating layer evaporation step so that molten pools smaller than the welding area are successively formed in the welding area. This makes it possible to preferably prevent large pores from being generated due to the blowing out of plating metal vapor.
(3) In the laser welding method of the above aspect, the molten pools successively formed in the welded region by irradiating the plating removal laser light in the plating layer evaporation step may be spaced apart from each other during successive irradiations. According to the laser welding method of this aspect, in the plating layer evaporation step, the molten pools are spaced apart from each other during successive irradiations. Therefore, the molten pools in a molten state do not merge to form a large weld pool, and the generation of large pores due to the blowing out of plating metal vapor can be suitably avoided.
(4) In the laser welding method of the above embodiment, the welding area may be circular, the molten pool formed by a single irradiation of the plating removal laser light may be circular and smaller than the welding area, and the diameter of the molten pool may be less than one-third and more than one-quarter of the diameter of the welding area.
Generally, if the diameter of the molten pool is smaller than the diameter of the welded area, the occurrence of welding defects can be suppressed, but the welding cycle time will be longer. According to the laser welding method of the above embodiment, the diameter of the molten pool is less than or equal to one-third and more than one-quarter of the diameter of the welded area. By appropriately setting the diameter of the molten pool in this manner, it is possible to suppress welding defects and prevent the welding cycle time from becoming significantly longer.
(5) In the laser welding method of the above aspect, the base metal plate may be a steel plate, and the metal of the plating layer may be zinc. According to the laser welding method of this aspect, in joining of zinc-plated steel plates by laser welding, the zinc forming the plating layer can be suitably removed, and welding quality can be improved.
A.第1実施形態:
A1.レーザー溶接装置100の構成:
本開示の第1実施形態のレーザー溶接方法について、図1~図9を参照しつつ説明する。まず、第1実施形態のレーザー溶接方法において用いるレーザー溶接装置100の構成について説明する。図1は、本開示の第1実施形態のレーザー溶接方法において用いるレーザー溶接装置100の概略構成を示す図である。
A. First embodiment:
A1. Configuration of laser welding apparatus 100:
A laser welding method according to a first embodiment of the present disclosure will be described with reference to Figures 1 to 9. First, a configuration of a
レーザー溶接装置100は、図1に示すように、レーザー発振器10と、ガルバノスキャナ20とを備える。レーザー発振器10は、光ファイバコネクタ11によりガルバノスキャナ20と接続されている。ガルバノスキャナ20の内部には、コリメートレンズ30が配置されている。ガルバノスキャナ20は、第1の反射ミラー21、回折光学素子(DOE)22、Zレンズ23、Zレンズ駆動ユニット24、第2の反射ミラー25、集光レンズ26、ガルバノスキャナユニット27、保護ガラス28、およびガルバノスキャナドライバ29を備える。また、ガルバノスキャナ20には、ダイクロミラー40と共に、戻り光検出装置50が装着されている。
As shown in FIG. 1, the
レーザー発振器10よりレーザー光が出射されると、レーザー光は、光ファイバコネクタ11を介してガルバノスキャナ20の内部に進入する。そして、レーザー光は、コリメートレンズ30により、平行状態に調整される。その後、レーザー光は、ダイクロミラー40および第1の反射ミラー21により反射され、DOE22に至る。
When laser light is emitted from the
DOE22は、レーザー光の照射パターンを調整することができる。具体的には、DOE22は、入射したレーザー光を、その入射したときとは異なるパワー密度分布形状を持つレーザー光として放射することができる。また、DOE22はスライド部に取り付けられており、スライド移動可能に構成されている。
The DOE 22 can adjust the irradiation pattern of the laser light. Specifically, the DOE 22 can emit the incident laser light as a laser light having a power density distribution shape different from that at the time of incidence. The
DOE22により調整されたレーザー光は、Zレンズ23に到達する。Zレンズ23は、レーザー光の焦点ずれを補正するために使用されるものである。Zレンズ23は、Zレンズ駆動ユニット24により駆動されることによって移動可能に構成されている。
The laser light adjusted by the
その後、レーザー光は、第2の反射ミラー25により反射され、集光レンズ26を介してガルバノスキャナユニット27に入射し、保護ガラス28を介して、ワーク200の表面に出射される。
The laser light is then reflected by the second
また、ガルバノスキャナドライバ29は、レーザー発振器10、Zレンズ駆動ユニット24、およびガルバノスキャナユニット27に接続されており、内蔵されたプログラムにより、これらを制御可能に構成されている。よって、ガルバノスキャナドライバ29により、レーザー光の出力、照射位置、集光径等を制御することができる。このように制御が可能であることから、レーザー溶接装置100は、自動プログラム運転が可能に構成されている。
The
戻り光検出装置50は、レーザー照射時に金属が溶融した際に、加工点Iが1000℃を超えるような高温になることで加工点Iから発生し、戻ってくる光(以下、「戻り光」という)を検出する。戻り光は、図1において破線RLで示すように、第2の反射ミラー25,第1の反射ミラー21,ダイクロミラー40等を適宜通過して、戻り光検出装置50に入射する。戻り光検出装置50は、予めレーザー光の種類等に基づいて選定された所定の周波数帯(例えば800nm~1000nmなど)の光を検出し、光の強さを電圧値に変換する。戻り光検出装置50は、時間経過における電圧値の変化を、光の強度の波形として取得することができる。
The return
以上説明したレーザー溶接装置100の構成は、あくまで一例であり、レーザー溶接装置100は、以下説明する本実施形態に係るレーザー溶接方法を実施できるものである限り、他の構成を有していてもよい。
The configuration of the
A2.レーザー溶接方法:
次に、上記レーザー溶接装置100を用いた、本開示の第1実施形態のレーザー溶接方法について説明する。第1実施形態では、複数の金属板として、3枚の亜鉛メッキ鋼板をレーザー溶接する。図2は、本開示の第1実施形態のレーザー溶接方法の各工程を示すフローチャートである。図2に示すように、レーザー溶接方法は、重ね合わせ工程(S101)と、メッキ層蒸発工程(S102)と、接合工程(S103)とを備え、これらの各工程(S101,S102,S103)が順に実施される。
A2. Laser welding method:
Next, a laser welding method according to a first embodiment of the present disclosure using the
図3は、レーザー溶接方法の工程を説明するための断面模式図であり、重ね合わせ工程(S101)と、メッキ層蒸発工程(S102)とを説明する図である。図3に示すように、第1実施形態のレーザー溶接方法では、複数の金属板として、3枚の亜鉛メッキ鋼板61,62,63を用い、これらの各亜鉛メッキ鋼板61,62,63をレーザー溶接により接合する。
Figure 3 is a schematic cross-sectional view for explaining the steps of the laser welding method, and is a diagram for explaining the overlapping step (S101) and the plating layer evaporation step (S102). As shown in Figure 3, in the laser welding method of the first embodiment, three zinc-plated
重ね合わせ工程(S101)では、3枚の亜鉛メッキ鋼板61,62,63を重ね合わせる。このとき、各亜鉛メッキ鋼板61,62,63を、上下方向から図示しない固定治具で押さえて、亜鉛メッキ鋼板61,62,63同士の隙間が無い密着状態とし、レーザー溶接装置100が備える図示しない加工テーブル上に載置する。加工テーブル上に載置された状態では、上から順に、最上層亜鉛メッキ鋼板61,中間亜鉛メッキ鋼板62,最下層亜鉛メッキ鋼板63となっている。各亜鉛メッキ鋼板61,62,63は、母材金属板としての鋼板64の表裏表面に、鋼板64より低い融点の亜鉛によりメッキ処理されたメッキ層65を有している。
In the overlapping step (S101), three
図3に示すように、メッキ層蒸発工程(S102)では、最上層亜鉛メッキ鋼板61の表面の溶接領域W1に、メッキ除去用のレーザー光R1(以下、単に「メッキ除去レーザー光R1」ともいう)をスポット照射し、メッキ除去レーザー光R1を最下層亜鉛メッキ鋼板63に到達させて、メッキ層65を蒸発させる。図3において、メッキ除去レーザー光R1が通過する部分をクロスハッチにて図示している。
As shown in FIG. 3, in the plating layer evaporation process (S102), a plating removal laser beam R1 (hereinafter also simply referred to as "plating removal laser beam R1") is spot-irradiated onto the welding area W1 on the surface of the top zinc-plated
図4は、メッキ層蒸発工程(S102)を説明するための平面模式図であり、最上層亜鉛メッキ鋼板61の表面の溶接領域W1を上方から見た図を示している。図4に示すように、溶接領域W1は円形状である。メッキ層蒸発工程(S102)では、溶接領域W1よりも小さい円形状の溶融池71,72,73,74,75,76,77,78,79が順次溶接領域W1内に形成されるように、メッキ除去レーザー光R1を溶接領域W1に対して複数回(本実施形態では9回)照射する。一つの溶融池71,72,73,74,75,76,77,78,79の径D1は、溶接領域W1の径D2に対して、概ね1/3以下かつ1/4より大きくなっている。
Figure 4 is a schematic plan view for explaining the plating layer evaporation process (S102), showing the welding area W1 on the surface of the uppermost zinc-plated
次に、溶接領域W1におけるメッキ除去レーザー光R1の照射順番について説明する。図4において、各溶融池71,72,73,74,75,76,77,78,79の領域内に記す番号は、照射順番を意味している。ここで、各照射により形成される各溶融池71,72,73,74,75,76,77,78,79を、照射順番に対応させて、第1溶融池71、第2溶融池72、第3溶融池73、第4溶融池74、第5溶融池75、第6溶融池76、第7溶融池77、第8溶融池78、第9溶融池79とする。
Next, the order of irradiation of the plating removal laser light R1 in the welding area W1 will be described. In FIG. 4, the numbers written in the areas of each
本実施形態では、メッキ除去レーザー光R1を、まず、溶接領域W1の中心位置に1回照射することで、第1溶融池71が形成される。次いで、平面視において、溶接領域W1内の第1溶融池71の外周部分を、周方向に略均等に8分割したとき、第1溶融池71に対して、左上に位置する部分に照射することで、第2溶融池72が形成される。次に、第1溶融池71に対して、右下に位置する部分に照射することで、第3溶融池73が形成される。このとき、第1溶融池71、第2溶融池72、および第3溶融池73は、互いに離間している。
In this embodiment, the plating removal laser light R1 is first irradiated once onto the center position of the welding area W1 to form a first
以下、同様にして、第1溶融池71に対して、右上、左下、真上、右、左、および真下、と順次照射することにより、第4溶融池74~第9溶融池79が形成される。このような照射順番とするのは、連続する照射においては、形成される溶融池が連続しないようにするためである。
Then, the fourth
上記照射順番によってメッキ除去レーザー光R1が照射されることにより、溶接領域W1に順次形成される溶融池71,72,73,74,75,76,77,78,79は、連続する照射においては互いに離間している。より詳しく説明すると、第1溶融池71と第2溶融池72とは離間しており、第2溶融池72と第3溶融池73とは離間している。以下、同様に、第3溶融池73と第4溶融池74、第4溶融池74と第5溶融池75、第5溶融池75と第6溶融池76、第6溶融池76と第7溶融池77、第7溶融池77と第8溶融池78、第8溶融池78と第9溶融池79とは、互いに離間している。
The plating removal laser light R1 is irradiated in the above irradiation order, and the
仮に、連続して照射される領域が近く、連続する照射のうち、始めの照射による溶融池が固まり切るまでに次の照射による溶融池ができてしまうと、隣り合う溶融池が溶融状態で連続してしまい、大きな溶融池を形成してしまう。大きな溶融池を形成してしまうと、大きな孔が空いて鉄が少なくなるため、後述する本溶接としての接合工程(S103)時に、鉄が足りなくなり、接合表面に凹部が形成されて不良が生じる。よって、本実施形態では、連続する照射により形成される溶融池が互いに離間する照射順番で照射することにより、上記のような接合表面の不良を回避するようにしている。 If the areas that are successively irradiated are close to each other and a molten pool is formed by the next irradiation before the molten pool from the first irradiation has completely solidified, the adjacent molten pools will continue in a molten state, forming a large molten pool. If a large molten pool is formed, a large hole will be created and there will be less iron, so there will not be enough iron during the joining process (S103) as the actual welding described below, and a recess will be formed on the joining surface, causing a defect. Therefore, in this embodiment, the molten pools formed by successive irradiations are irradiated in an order that separates them from each other, thereby avoiding the above-mentioned defects in the joining surface.
上記照射順番により、9回の照射がなされると、溶接領域W1の90%程度の領域が各溶融池71,72,73,74,75,76,77,78,79によってカバーされる。このとき、溶接領域W1に対する各溶融池71,72,73,74,75,76,77,78,79の合計面積の割合である「面積充填率」は、70%以上であることが好ましい。高い面積充填率を満たすことで、溶接領域W1に対応するメッキ層65を確実蒸発させられるためである。本実施形態では、90%程度の面積充填率であり、溶接領域W1のメッキ層65を好適に除去できる。
When nine irradiations are performed in the above irradiation order, approximately 90% of the welding area W1 is covered by each
メッキ層蒸発工程(S102)によって、最上層亜鉛メッキ鋼板61の上面のメッキ層65、最上層亜鉛メッキ鋼板61と中間亜鉛メッキ鋼板62との間のメッキ層65、および中間亜鉛メッキ鋼板62と最下層亜鉛メッキ鋼板63との間のメッキ層65が蒸発し除去される。
The plating layer evaporation process (S102) evaporates and removes the
なお、図3では、メッキ除去レーザー光R1は、最下層亜鉛メッキ鋼板63を貫通しているが、最下層亜鉛メッキ鋼板63まで到達していればよく、最下層亜鉛メッキ鋼板63の下面のメッキ層65まで到達していなくてもよい。メッキ除去レーザー光R1のレーザー出力は適宜設定される。
In FIG. 3, the plating removal laser light R1 penetrates the bottommost zinc-plated
図5は、レーザー溶接方法の工程を説明するための断面模式図であり、接合工程(S103)を説明する図である。接合工程(S103)では、溶接領域W1に、本溶接用のレーザー光(以下、単に「本溶接レーザー光R2」ともいう)を照射し、母材金属板を溶融して各亜鉛メッキ鋼板61,62,63を接合する。本溶接レーザー光R2の集光径C2は、メッキ除去レーザー光R1の集光径C1よりも大きく調整される。本溶接レーザー光R2のレーザー出力は、概ねメッキ除去レーザー光R1のレーザー出力と同程度に適宜設定される。図5において、本溶接レーザー光R2が通過する部分をクロスハッチにて図示している。
Figure 5 is a schematic cross-sectional view for explaining the steps of the laser welding method, and is a diagram for explaining the joining step (S103). In the joining step (S103), a laser beam for main welding (hereinafter also simply referred to as "main welding laser beam R2") is irradiated to the welding area W1 to melt the base metal plate and join the zinc-plated
図6は、接合工程(S103)を説明するための平面模式図であり、最上層亜鉛メッキ鋼板61の表面の溶接領域W1を上方から見た図を示している。図5,図6に示すように、本溶接レーザー光R2の集光径C2は、メッキ除去レーザー光R1の集光径C1よりも大きく、その結果、本溶接としての接合工程(S103)において形成される一つの溶融池81の径D3は、メッキ層蒸発工程(S102)において形成される各溶融池71,72,73,74,75,76,77,78,79の径D1よりも大きい。接合工程(S103)では、図6において矢印Aに示すように、本溶接レーザー光R2を、溶接領域W1の全域を網羅するように、例えば反時計回りに複数回照射する。
Figure 6 is a schematic plan view for explaining the joining process (S103), showing the welded area W1 on the surface of the top zinc-plated
この、接合工程(S103)では、上記メッキ層蒸発工程(S102)において、溶接領域W1に対応する各亜鉛メッキ鋼板61,62,63間のメッキ層65が除去されているため、メッキ除去レーザー光R1の集光径C1よりも大きな集光径C2により溶接しても、亜鉛ガスが発生することもなく、ブローホールと呼ばれる気孔が形成されることがない。
In this joining process (S103), since the
[効果]
(1)上記第1実施形態のレーザー溶接方法では、メッキ層蒸発工程(S102)において、各亜鉛メッキ鋼板61,62,63間のメッキ層65を除去した後、接合工程(S103)において、溶接領域W1に、メッキ除去レーザー光R1よりも集光径の大きい本溶接レーザー光R2を照射し、各亜鉛メッキ鋼板61,62,63を接合する。
[effect]
(1) In the laser welding method of the first embodiment described above, in the plating layer evaporation process (S102), the
図7は、亜鉛メッキ鋼板61,62,63の亜鉛除去の状態について説明する図であり、上記レーザー溶接方法におけるメッキ層蒸発工程(S102)後の、中間亜鉛メッキ鋼板62を下側から見た写真が示されている。また、図8は、亜鉛メッキ鋼板の亜鉛除去の状態について説明する図であり、上記レーザー溶接方法におけるメッキ層蒸発工程(S102)後の、最下層亜鉛メッキ鋼板63を上側から見た写真が示されている。図7、図8に示すように、溶接領域W1を照射方向に延長した領域の部位(以下、「溶融領域W1に対応する部位W2」という)では、亜鉛メッキ層65が除去された状態となっている。
Figure 7 is a diagram for explaining the state of zinc removal from the zinc-plated
このように、本溶接としての接合工程(S103)が行われる際には、溶融領域W1に対応する部位W2における亜鉛メッキ層65が除去されている。このため、例えば、従来行われていたようなレーザー光の焦点位置を鋼板の表面から意図的に上方または下方にずらすという煩雑な調整作業を要することなく、接合工程(S103)において、メッキ金属の蒸気の吹き出しによる溶接不良を低減することができる。
In this way, when the joining step (S103) is performed as the main welding, the
また、メッキ層蒸発工程(S102)と、本溶接としての接合工程(S103)とは、同じレーザー溶接装置100による同じ設備にて実施できる。このため、事前に亜鉛メッキ層65を除去するために、例えばプラズマジェット加熱や、レーザトーチによる溶接など、本溶接とは別な設備による工程を経る方法と比較して、設備コストや工程スペースを低減でき、生産効率を向上させることができる。
The plating layer evaporation process (S102) and the joining process (S103) for the main welding can be performed in the same facility using the same
(2)上記第1実施形態のレーザー溶接方法では、メッキ層蒸発工程(S102)において、連続して形成される溶融池が互いに離間する照射順番で、溶接領域W1よりも小さい領域の溶融池が順次溶接領域W1内に形成されるように、メッキ除去レーザー光R1を溶接領域W1に対して複数回照射する。このため、亜鉛蒸気の吹き出しによる大きな気孔が生じることを回避しつつ亜鉛メッキ層65を除去することができ、接合工程(S103)における溶接品質を向上させることができる。
(2) In the laser welding method of the first embodiment, in the plating layer evaporation step (S102), the plating removal laser light R1 is irradiated to the welding area W1 multiple times in such a way that successively formed molten pools are spaced apart from each other, and molten pools of areas smaller than the welding area W1 are formed sequentially within the welding area W1. This makes it possible to remove the
(3)また、一つの溶融池71,72,73,74,75,76,77,78,79の径D1は、溶接領域W1の径D2に対して、概ね1/3以下かつ1/4より大きくなっている。図9は、メッキ除去レーザー光R1による溶融池の径の、溶接領域W1の径に対する比率L[(溶融池71,72,73,74,75,76,77,78,79の径D1)/(溶接領域W1の径D2)]を変えたときの、溶接不良の発生率および、メッキ層蒸発工程(S102)に要する時間(サイクルタイム)をグラフに示す図である。横軸に比率Lをとり、縦軸に溶接不良の発生率および溶接サイクルタイムをとっている。図9に示すように、比率Lが小さいほど、不良率は低くなる一方、サイクルタイムは長くなる。本出願人の検討により、比率Lが1/3以下であり、かつ、1/4より大きい場合が、不良率とサイクルタイムのバランスで見たときに適切であることが分かった。
(3) The diameter D1 of each
上記第1実施形態のレーザー溶接方法では、上記比率Lは1/3以下であり、かつ、1/4より大きい値であるため、接合製品の不良率を適度に改善できると共に、サイクルタイムを不要に長くすることがなく、好適にレーザー溶接を実施できる。 In the laser welding method of the first embodiment, the ratio L is 1/3 or less and is greater than 1/4, so the defect rate of the joined product can be appropriately improved and the cycle time is not unnecessarily extended, allowing laser welding to be performed suitably.
(4)また、上記第2実施形態では、溶接領域W1に対する、溶融池71,72,73,74,75,76,77,78,79の面積充填率が90%程度と高いため、より確実に亜鉛メッキ層65を除去することができ、ひいては溶接不良を改善できる。
(4) In addition, in the second embodiment, the area filling rate of the
B.第2実施形態:
次に、本開示の第2実施形態のレーザー溶接方法について図10を参照して説明する。図10は、本開示の第1実施形態のレーザー溶接方法におけるメッキ層蒸発工程(S102)を説明するための平面模式図である。なお、上記第1実施形態と実質的に同様の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。第2実施形態のレーザー溶接方法では、第1実施形態のレーザー溶接方法に対して、メッキ層蒸発工程(S102)において、メッキ除去レーザー光R1の照射により形成される溶融池71,72,73,74,75,76,77,78,79の大きさが異なっている。
B. Second embodiment:
Next, a laser welding method according to a second embodiment of the present disclosure will be described with reference to Fig. 10. Fig. 10 is a schematic plan view for explaining the plating layer evaporation step (S102) in the laser welding method according to the first embodiment of the present disclosure. Note that the same reference numerals are used for configurations that are substantially the same as those in the first embodiment, and explanations thereof will be omitted. In the laser welding method according to the second embodiment, the sizes of
第1溶融池71~第5溶融池75の径は第1実施形態と同様である。第6溶融池76~第9溶融池79の径D4は、第1溶融池71~第5溶融池75の径D1よりも大きく、溶接領域W1の径D2に対して1/3より大きく1/2より小さい。なお、照射の順番は第1実施形態と同様である。
The diameters of the first
第2実施形態のレーザー溶接方法によれば、上記第1実施形態と同様の効果を奏することができる。さらに、照射順番が後半(6~9)の溶融池75~79の径D4を、照射順番が前半(1~5)の溶融池71~75の径D1より大きくすることで、溶接領域W1に対する面積充填率を確実に上げることができる。 The laser welding method of the second embodiment can achieve the same effects as the first embodiment. Furthermore, by making the diameter D4 of the molten pools 75-79 in the latter half of the irradiation order (6-9) larger than the diameter D1 of the molten pools 71-75 in the first half of the irradiation order (1-5), the area filling rate of the welded region W1 can be reliably increased.
なお、上記第2実施形態のように、各溶融池71,72,73,74,75,76,77,78,79の大きさは適宜変更可能である。照射の順番が連続する溶融池において、溶融池同士が重ならないように、かつ、溶接領域W1に対して十分な面積充填率となればよく、径の大きさや照射順番は適宜設定変更可能である。
As in the second embodiment, the size of each
C.他の実施形態:
(C1)上記各実施形態のレーザー溶接方法では、3枚の亜鉛メッキ鋼板61,62,63を重ね合わせた状態でレーザー溶接を行うものとしたが、2枚または、4枚以上の複数の亜鉛メッキ鋼板を重ね合わせた状態でレーザー溶接を行う場合にも適用することができる。
C. Other embodiments:
(C1) In the laser welding method of each of the above embodiments, laser welding is performed on three zinc-plated
(C2)また、レーザー溶接の対象となる金属メッキ板は、亜鉛メッキ鋼板61,62,63に限らず、鋼板の表面に、鋼板の融点よりも低い沸点を有した金属、例えば、アルミニウム、或いは錫をメッキしてなる金属メッキ板であってもよい。また、母材金属板の材料も鉄に限定されることはなく、例えば、鉄と他の元素との合金でもよい。
(C2) The metal-plated sheet to be laser-welded is not limited to the zinc-plated
(C3)上記各実施形態のレーザー溶接方法では、溶接領域W1は円形状としたが、その他の形状であってもよい。例えば、矩形状であってもよい。また、スポット状の溶接痕を形成する点レーザー照射を行うものとしたが、線状の溶接痕を形成する線レーザー照射を行うものとしてもよい。また、線レーザー照射により、円形状の溶融池を形成してもよい。 (C3) In the laser welding methods of the above embodiments, the welded area W1 is circular, but it may be other shapes. For example, it may be rectangular. Also, although point laser irradiation is performed to form spot-shaped weld marks, line laser irradiation may be performed to form linear weld marks. Also, a circular molten pool may be formed by line laser irradiation.
(C4)上記各実施形態のレーザー溶接方法では、メッキ層蒸発工程(S102)において、溶接領域W1よりも小さい円形状の溶融池71,72,73,74,75,76,77,78,79を順次形成するようにメッキ除去レーザー光R1を複数回照射するものとしたが、単数回の照射により形成してもよい。また、溶融池71,72,73,74,75,76,77,78,79は円形状でなくてもよい。
(C4) In the laser welding method of each of the above embodiments, in the plating layer evaporation step (S102), the plating removal laser light R1 is irradiated multiple times to sequentially form circular
(C5)上記各実施形態のレーザー溶接方法では、メッキ層蒸発工程(S102)において、溶接領域W1に順次形成される溶融池71,72,73,74,75,76,77,78,79は、連続する照射においては互いに離間しているものとしたが、離間していなくてもよい。一つの溶融池71,72,73,74,75,76,77,78,79が十分に小さく、連続する照射において溶融池が連続したとしても、亜鉛蒸気による溶接不良が生じない程度であればよい。
(C5) In the laser welding method of each of the above embodiments, the
本開示は、上記各実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する各実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。 The present disclosure is not limited to the above-described embodiments, and can be realized in various configurations without departing from the spirit of the present disclosure. For example, the technical features in each embodiment corresponding to the technical features in each form described in the Summary of the Invention column can be replaced or combined as appropriate to solve some or all of the above-described problems or to achieve some or all of the above-described effects. Furthermore, if a technical feature is not described in this specification as essential, it can be deleted as appropriate.
10…レーザー発振器、11…光ファイバコネクタ、20…ガルバノスキャナ、21…第1の反射ミラー、23…Zレンズ、24…Zレンズ駆動ユニット、25…第2の反射ミラー、26…集光レンズ、27…ガルバノスキャナユニット、28…保護ガラス、29…ガルバノスキャナドライバ、30…コリメートレンズ、40…ダイクロミラー、50…光検出装置、61…最上層亜鉛メッキ鋼板、62…中間亜鉛メッキ鋼板、63…最下層亜鉛メッキ鋼板、64…鋼板、65…亜鉛メッキ層、71…第1溶融池、72…第2溶融池、73…第3溶融池、74…第4溶融池、75…第5溶融池、76…第6溶融池、77…第7溶融池、78…第8溶融池、79…第9溶融池、100…レーザー溶接装置、200…ワーク、C1…集光径、C2…集光径、I…加工点、R1…メッキ除去レーザー光、R2…本溶接レーザー光、W1…溶接領域、W2…溶接領域に対応する部位 10...laser oscillator, 11...optical fiber connector, 20...galvanometer scanner, 21...first reflecting mirror, 23...Z lens, 24...Z lens driving unit, 25...second reflecting mirror, 26...condensing lens, 27...galvanometer scanner unit, 28...protective glass, 29...galvanometer scanner driver, 30...collimating lens, 40...dichroic mirror, 50...photodetector, 61...top layer zinc-plated steel sheet, 62...intermediate zinc-plated steel sheet, 63...bottom layer zinc-plated steel sheet, 64...steel sheet, 65...zinc-plated layer, 71...first molten pool, 72...second molten pool, 73...third molten pool, 74...fourth molten pool, 75...fifth molten pool, 76...sixth molten pool, 77...seventh molten pool, 78...eighth molten pool, 79...ninth molten pool, 100...laser welding device, 200...workpiece, C1...focused beam diameter, C2...focused beam diameter, I...processing point, R1...plating removal laser beam, R2...main welding laser beam, W1...welding area, W2...area corresponding to the welding area
Claims (4)
前記複数の金属メッキ板を重ね合わせる重ね合わせ工程と、
前記重ね合わせ工程において重ね合わされた最上層の前記金属メッキ板の表面の溶接領域にメッキ除去用のレーザー光を照射し、前記メッキ除去用のレーザー光を最下層の前記金属メッキ板に到達させて、重ね合わされた前記金属メッキ板の間のメッキ層を蒸発させるメッキ層蒸発工程と、
前記メッキ層蒸発工程の後に、前記溶接領域に、前記メッキ除去用のレーザー光よりも集光径の大きい本溶接用のレーザー光を照射し、前記母材金属板を溶融して前記複数の金属メッキ板を接合する接合工程と、
を有し、
前記メッキ層蒸発工程において、前記溶接領域よりも小さい領域の溶融池を順次前記溶接領域内に形成するように、前記メッキ除去用のレーザー光を前記溶接領域に対して複数回照射する、レーザー溶接方法。 A laser welding method for overlapping and welding a plurality of metal-plated plates each plated with a metal having a lower melting point than a base metal plate, comprising:
a stacking step of stacking the plurality of metal-plated plates;
a plating layer evaporation process in which a plating removal laser light is irradiated onto a welding region on the surface of the uppermost metal-plated sheet overlapped in the overlapping process, and the plating removal laser light is caused to reach the lowermost metal-plated sheet, thereby evaporating the plating layer between the overlapping metal-plated sheets;
a joining step of irradiating the welding area with a laser beam for main welding having a larger focused diameter than the laser beam for plating removal after the plating layer evaporation step, thereby melting the base metal plate and joining the plurality of metal-plated plates;
having
a laser welding method in which, in the plating layer evaporation step, the plating removal laser light is irradiated onto the welding area a plurality of times so as to successively form molten pools within the welding area each having an area smaller than the welding area .
前記メッキ除去用のレーザー光の1回の照射により形成される前記溶融池は、前記溶接領域より小さい円形状であり、
前記溶融池の径は、前記溶接領域の径の3分の1以下かつ4分の1より大きい、請求項1または請求項2に記載のレーザー溶接方法。 The welded area is circular;
The molten pool formed by one irradiation of the plating removal laser light has a circular shape smaller than the welding area,
3. The laser welding method according to claim 1 , wherein the diameter of the molten pool is less than or equal to one-third and more than one-quarter of the diameter of the welded area.
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