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JP7760413B2 - Laser-arc hybrid welding equipment - Google Patents
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JP7760413B2 - Laser-arc hybrid welding equipment - Google Patents

Laser-arc hybrid welding equipment

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JP7760413B2
JP7760413B2 JP2022040402A JP2022040402A JP7760413B2 JP 7760413 B2 JP7760413 B2 JP 7760413B2 JP 2022040402 A JP2022040402 A JP 2022040402A JP 2022040402 A JP2022040402 A JP 2022040402A JP 7760413 B2 JP7760413 B2 JP 7760413B2
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Description

本発明は、レーザ・アークハイブリッド溶接装置に関する。 The present invention relates to a laser-arc hybrid welding device.

レーザ・アークハイブリッド溶接装置を開示した先行技術文献として、特開2021-49562号公報(特許文献1)がある。特許文献1に記載されたレーザ・アークハイブリッド溶接装置は、レーザトーチと、溶接トーチとを備える。レーザトーチは、接合部に向けてレーザを照射するように構成されている。溶接トーチは、接合部との間にアークを発生させるように構成されている。レーザ照射およびアーク溶接による入熱によって接合部が溶接され、接合部の接合強度が確保される。 Patent Publication No. 2021-49562 (Patent Document 1) is a prior art document disclosing a laser-arc hybrid welding device. The laser-arc hybrid welding device described in Patent Document 1 includes a laser torch and a welding torch. The laser torch is configured to irradiate a laser toward the joint. The welding torch is configured to generate an arc between the joint and the laser torch. The joint is welded by heat input from the laser irradiation and arc welding, ensuring the joint strength of the joint.

特開2021-49562号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2021-49562

溶極式アーク溶接は、電極プラス極性および電極マイナス極性の極性比率を適宜変更して溶接を行なう。特許文献1に記載されたレーザ・アークハイブリッド溶接装置においては、アーク溶接の電極マイナス極性の極性比率を高くすると、溶接ワイヤの溶融量が増加するため、溶接の施工裕度を向上させることができる。一方、電極マイナス極性の極性比率を高くすると、電極プラス極性の極性比率が減少するため、被接合部の表面被膜の除去が不十分になる可能性がある。 In consumable electrode arc welding, welding is performed by appropriately changing the polarity ratio of the positive and negative electrodes. In the laser-arc hybrid welding device described in Patent Document 1, increasing the polarity ratio of the negative electrode in arc welding increases the amount of melted welding wire, thereby improving welding workability. On the other hand, increasing the polarity ratio of the negative electrode decreases the polarity ratio of the positive electrode, which may result in insufficient removal of the surface coating from the joint.

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、被接合部の表面被膜を除去しつつ、溶接の施工裕度を向上させることができる、レーザ・アークハイブリッド溶接装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and aims to provide a laser-arc hybrid welding device that can remove the surface coating of the parts to be joined while improving welding workability.

本発明に基づくレーザ・アークハイブリッド溶接装置は、レーザトーチと、溶接トーチとを備える。レーザトーチは、被接合部に向けてレーザを照射し、被接合部の表面被膜を除去する。溶接トーチは、被接合部との間にアークを発生させて被接合部を溶接する。溶接トーチは、電極プラス極性および電極マイナス極性の極性比率を変更可能に構成されている。レーザトーチによってレーザを被接合部に照射後に、溶接トーチにおける電極マイナス極性の極性比率が50%以上で被接合部が溶接される。 The laser-arc hybrid welding device according to the present invention comprises a laser torch and a welding torch. The laser torch irradiates the parts to be welded with a laser to remove the surface coating of the parts to be welded. The welding torch generates an arc between itself and the parts to be welded, welding the parts to be welded. The welding torch is configured to be able to change the polarity ratio between the positive electrode polarity and the negative electrode polarity. After the laser torch irradiates the parts to be welded with a laser, the polarity ratio of the negative electrode polarity on the welding torch is 50% or more, and the parts to be welded are welded.

この場合、レーザの照射によって被接合部の表面被膜の除去作用を確保しつつ、アーク溶接における電極マイナス極性の極性比率を50%以上にすることによって、溶接ワイヤの溶融量を増加させることができるため、溶接の施工裕度を向上させることができる。 In this case, while laser irradiation ensures the removal of the surface coating on the joint, by setting the electrode negative polarity ratio in arc welding to 50% or more, the amount of melted welding wire can be increased, thereby improving the welding workability.

本発明の一形態においては、レーザトーチのレーザの出力は、電極マイナス極性の極性比率が増加するにしたがって高い。 In one embodiment of the present invention, the laser output of the laser torch increases as the polarity ratio of the electrode negative polarity increases.

この場合、電極プラス極性の極性比率の減少に伴い低下する表面被膜の除去作用をレーザの出力を上げることにより確保することができる。 In this case, the surface coating removal effect, which decreases as the polarity ratio of the electrode positive polarity decreases, can be ensured by increasing the laser output.

本発明の一形態においては、溶接の進行方向に直交する方向におけるレーザの照射領域の幅は、電極マイナス極性の極性比率が増加するにしたがって広い。 In one embodiment of the present invention, the width of the laser irradiation area in a direction perpendicular to the welding direction increases as the polarity ratio of the electrode negative polarity increases.

これにより、レーザの照射による表面被膜の除去する幅を広くして、アーク溶接のハンピングを抑制することができる。 This increases the width of the surface coating removed by laser irradiation, suppressing humping during arc welding.

本発明の一形態においては、溶接の進行方向に直交する方向におけるレーザの照射領域の幅は、被接合部の脚長に対して1倍以上2倍以下である。 In one embodiment of the present invention, the width of the laser irradiation area in a direction perpendicular to the welding direction is between one and two times the leg length of the part to be welded.

この場合、レーザを適切な幅で照射することにより、レーザの照射による表面被膜の除去作用を確保することができる。 In this case, by irradiating the laser with an appropriate width, it is possible to ensure that the laser irradiation removes the surface coating.

本発明の一形態においては、溶接トーチは、電極マイナス極性の極性比率が70%以上で被接合部を溶接する。溶接トーチの溶接は、短絡溶接である。 In one embodiment of the present invention, the welding torch welds the parts to be joined with a polarity ratio of negative electrode polarity of 70% or more. The welding by the welding torch is short-circuit welding.

この場合、表面被膜の除去および溶接の施工裕度を確保しつつ、短絡溶接によってスパッタの発生を抑制することができる。 In this case, spatter can be suppressed by short-circuit welding while ensuring sufficient surface coating removal and welding workability.

本発明によれば、被接合部の表面被膜を除去しつつ、溶接の施工裕度を向上させることができる。 This invention makes it possible to remove the surface coating from the parts to be joined while improving welding workability.

本発明の一実施の形態に係るレーザ・アークハイブリッド溶接装置の構成を示す概略図である。1 is a schematic diagram showing the configuration of a laser-arc hybrid welding device according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施の形態に係るレーザ・アークハイブリッド溶接装置によって母材が溶接されている状態を示す上面図である。1 is a top view showing a state in which a base material is being welded by a laser-arc hybrid welding apparatus according to an embodiment of the present invention; FIG. 本発明の一実施の形態に係るレーザ・アークハイブリッド溶接装置の母材に対するレーザの照射範囲およびアーク溶接範囲を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a laser irradiation range and an arc welding range of a base material in a laser-arc hybrid welding apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 本発明の一実施の形態に係るレーザ・アークハイブリッド溶接装置によって溶接された母材の接合状態を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a joining state of base materials welded by a laser-arc hybrid welding device according to an embodiment of the present invention. FIG. 本発明の一実施の形態に係るレーザ・アークハイブリッド溶接装置におけるアーク溶接の電極マイナス極性の極性比率とレーザの出力との関係を示すグラフである。1 is a graph showing the relationship between the polarity ratio of electrode negative polarity in arc welding and laser output in a laser-arc hybrid welding device according to an embodiment of the present invention.

以下、本発明の一実施の形態に係るレーザ・アークハイブリッド溶接装置について図面を参照して説明する。以下の実施の形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。 A laser-arc hybrid welding device according to one embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description of the embodiment, the same or equivalent parts in the drawings will be designated by the same reference numerals, and their description will not be repeated.

なお、図面においては、溶接の進行方向をDR1方向、溶接の進行方向に直交し、かつ母材表面に並行する方向をDR2方向とする。 In the drawings, the direction of welding progress is designated as the DR1 direction, and the direction perpendicular to the welding progress direction and parallel to the base material surface is designated as the DR2 direction.

また、電極プラス極性とは、溶接電源から供給される電流経路における溶接トーチ側が陽極、かつ母材側が陰極の極性状態である。電極マイナス極性とは、溶接電源から供給される電流経路における母材側が陽極、かつ溶接トーチ側が陰極の極性状態である。上述の電極プラス極性をEP極性と称し、電極マイナス極性をEN極性と称する場合がある。さらに、電極プラス極性および電極マイナス極性の極性時間の合計に対して、電極プラス極性の極性比率をEP比率と称し、電極マイナス極性の極性比率をEN比率と称する場合がある。 Positive electrode polarity refers to a polarity state in which the welding torch side of the current path supplied from the welding power source is the anode and the base metal side is the cathode. Negative electrode polarity refers to a polarity state in which the base metal side of the current path supplied from the welding power source is the anode and the welding torch side is the cathode. The above-mentioned positive electrode polarity is sometimes referred to as EP polarity, and negative electrode polarity is sometimes referred to as EN polarity. Furthermore, the polarity ratio of positive electrode polarity to the total polarity time of positive electrode polarity and negative electrode polarity is sometimes referred to as EP ratio, and the polarity ratio of negative electrode polarity is sometimes referred to as EN ratio.

図1は、本発明の一実施の形態に係るレーザ・アークハイブリッド溶接装置の構成を示す概略図である。 Figure 1 is a schematic diagram showing the configuration of a laser-arc hybrid welding device according to one embodiment of the present invention.

図1に示すように、本発明の一実施の形態に係るレーザ・アークハイブリッド溶接装置1は、溶接トーチ10と、溶接電源装置30と、レーザトーチ40と、レーザ発振装置60とを備える。 As shown in FIG. 1, a laser-arc hybrid welding device 1 according to one embodiment of the present invention includes a welding torch 10, a welding power supply 30, a laser torch 40, and a laser oscillator 60.

レーザ・アークハイブリッド溶接装置1は、金属同士の接合に使用される。レーザ・アークハイブリッド溶接装置1によって、互いに接合される母材2の一方と他方とが、重ね隅肉溶接継手またはフレア溶接継手などにより被接合部3において接合される。 The laser-arc hybrid welding device 1 is used to join metals. The laser-arc hybrid welding device 1 joins two base materials 2 to be joined at the joint 3 using a lap fillet weld joint, a flare weld joint, or the like.

母材2は、たとえば、アルミニウムもしくはマグネシウム、またはこれらの合金により構成されている。母材2は、表面に形成される酸化被膜などの表面被膜の融点が母材2自体の融点よりも高く、さらに母材および表面被膜の融点の温度差が大きいものが好ましい。なお、母材2は、鉄もしくはチタン、またはこれらの合金によって構成されていてもよい。 The base material 2 is preferably made of, for example, aluminum or magnesium, or an alloy thereof. It is preferable that the melting point of the surface coating, such as an oxide coating, formed on the surface of the base material 2 is higher than the melting point of the base material 2 itself, and that there is a large temperature difference between the melting points of the base material and the surface coating. The base material 2 may also be made of iron or titanium, or an alloy thereof.

溶接トーチ10および溶接電源装置30は、アーク溶接を行なうための機器である。溶接トーチ10は、母材2に向けて、溶接ワイヤ20および図示しないシールドガスを供給する。溶接トーチ10は、被接合部3との間にアーク25を発生させて被接合部3を溶接する。具体的には、溶接トーチ10は、溶接電源装置30から溶接電流の供給を受け、溶接ワイヤ20の先端と母材2との間にアーク25を発生させるとともに、母材2に向けてアルゴンガスまたは炭酸ガスなどのシールドガスを供給することによって、被接合部3を溶接する。 The welding torch 10 and welding power supply 30 are devices used to perform arc welding. The welding torch 10 supplies a welding wire 20 and a shielding gas (not shown) toward the base material 2. The welding torch 10 generates an arc 25 between itself and the workpiece 3 to weld the workpiece 3. Specifically, the welding torch 10 receives a welding current from the welding power supply 30, generates an arc 25 between the tip of the welding wire 20 and the base material 2, and supplies a shielding gas such as argon gas or carbon dioxide toward the base material 2 to weld the workpiece 3.

溶接電源装置30は、アーク溶接を行なうための溶接電圧および溶接電流を生成し、生成された溶接電圧および溶接電流を溶接トーチ10へ出力する。また、溶接電源装置30は、溶接トーチ10における溶接ワイヤ20の送り速度を制御する。 The welding power supply 30 generates a welding voltage and welding current for arc welding and outputs the generated welding voltage and welding current to the welding torch 10. The welding power supply 30 also controls the feed speed of the welding wire 20 in the welding torch 10.

溶接トーチ10は、電極プラス極性(EP極性)および電極マイナス極性(EN極性)の溶接条件により母材2を溶接可能である。 The welding torch 10 can weld the base material 2 using the welding conditions of positive electrode polarity (EP polarity) and negative electrode polarity (EN polarity).

EP極性のアーク溶接は、母材2側が溶接電流の陰極になることにより、母材2に電子放出の起点となる陰極点が集中することによって、母材2の表面被膜を除去する。このため、EP極性のアーク溶接は、母材2自体の融点に対して比較的融点が高い酸化被膜が形成される材料の溶接に適している。 In EP polarity arc welding, the base material 2 becomes the cathode of the welding current, and cathode spots that are the origin of electron emission concentrate on the base material 2, removing the surface coating of the base material 2. For this reason, EP polarity arc welding is suitable for welding materials that form oxide coatings with melting points that are relatively higher than the melting point of the base material 2 itself.

EN極性のアーク溶接は、溶接トーチ10側が溶接電流の陰極になることによって、溶接ワイヤ20に陰極点が集中して、溶接ワイヤ20の溶融量が増加する。このため、EN極性のアーク溶接は、母材が薄板の場合に、母材が過剰に溶融しないため、薄板の溶接に適している。また、EN極性のアーク溶接は、母材の一方および他方が隙間を有する場合に、溶接ワイヤ20が当該隙間を埋めるため、溶接時の当該隙間を埋めるギャップ裕度を向上させる。すなわち、EN極性のアーク溶接は、溶接の施工裕度が高い。 In EN polarity arc welding, the welding torch 10 acts as the cathode of the welding current, concentrating cathode spots on the welding wire 20 and increasing the amount of melting of the welding wire 20. Therefore, EN polarity arc welding is suitable for welding thin plates because it prevents excessive melting of the base material. Furthermore, in EN polarity arc welding, when there is a gap between one side of the base material and the other side, the welding wire 20 fills the gap, improving the gap tolerance for filling the gap during welding. In other words, EN polarity arc welding has a high welding workability.

溶接トーチ10は、電極プラス極性および電極マイナス極性の極性比率(EP比率およびEN比率)を変更可能に構成されている。EP比率およびEN比率は、インバータ制御により任意に設定することができる。仮に、交流アーク溶接を行なう場合には、インバータ制御によって任意に設定された極性比率でEP極性とEN極性とが交互に入れ替わりながら溶接が行なわれる。 The welding torch 10 is configured to change the polarity ratio (EP ratio and EN ratio) of the positive electrode polarity and the negative electrode polarity. The EP ratio and EN ratio can be set as desired using inverter control. When performing AC arc welding, welding is performed by alternating between EP polarity and EN polarity at a polarity ratio set as desired using inverter control.

EN比率を上げた場合、EP比率は、EN比率が高くなるにつれて低くなるため、表面被膜の除去効果が低下して表面被膜が除去されないままアーク溶接が行なわれることがある。この場合、アーク溶接においてハンピングが生じやすくなるため、アーク溶接を行なうことが困難になる可能性がある。このため、アルミニウムまたはマグネシウムなどの母材におけるアーク溶接においては、母材の融点と比較して高融点になる表面被膜を除去するために、EP比率を一定比率以上に保つことが望ましい。アルミニウムまたはマグネシウムなどの母材におけるアーク溶接では、たとえば、EN比率を20%~30%として溶接が行なわれる。 When the EN ratio is increased, the EP ratio decreases as the EN ratio increases, which reduces the effectiveness of removing the surface coating and may result in arc welding being performed without the surface coating being removed. In this case, humping is more likely to occur during arc welding, which may make arc welding difficult. For this reason, when arc welding base materials such as aluminum or magnesium, it is desirable to maintain the EP ratio at a certain level or above in order to remove the surface coating, which has a higher melting point than the base material. When arc welding base materials such as aluminum or magnesium, welding is performed with an EN ratio of 20% to 30%, for example.

レーザトーチ40は、被接合部3に向けてレーザ50を照射し、被接合部3の表面被膜を除去する。レーザトーチ40およびレーザ発振装置60は、レーザ50による溶接を行なうための機器である。レーザトーチ40は、レーザ発振装置60からレーザ光の供給を受け、母材2の被接合部3に向けてレーザ50を照射することによって被接合部3の表面被膜を除去する。 The laser torch 40 irradiates the welded portion 3 with a laser 50, removing the surface coating of the welded portion 3. The laser torch 40 and laser oscillator 60 are devices used to perform welding using the laser 50. The laser torch 40 receives a supply of laser light from the laser oscillator 60, and removes the surface coating of the welded portion 3 by irradiating the welded portion 3 of the base material 2 with the laser 50.

本実施の形態において、被接合部3へレーザ50を照射する方法は限定されない。被接合部3へレーザ50を照射する方法は、たとえば、回折光学素子でレーザ50を回折させて集光することによって照射してもよいし、レーザトーチ40の内部でモータによりミラーを駆動させてレーザ50を走査することによって照射してもよいし、レーザ50をデフォーカスすることによって照射してもよい。 In this embodiment, the method of irradiating the laser 50 onto the parts to be joined 3 is not limited. For example, the laser 50 may be irradiated onto the parts to be joined 3 by diffracting and focusing the laser 50 using a diffractive optical element, by driving a mirror with a motor inside the laser torch 40 to scan the laser 50, or by defocusing the laser 50.

なお、レーザ50の照射は、母材2の表面被膜を除去するだけでなく、アーク溶接とともに母材2を溶融してもよい。特に、レーザ・アークハイブリッド溶接装置1におけるアーク溶接のEN比率を高くした場合、母材2と比較して溶接ワイヤ20が溶融しやすいため、レーザ50の照射によって母材2を溶融させて、母材2の溶融量を確保することができる。 The irradiation of the laser 50 may not only remove the surface coating of the base material 2, but may also melt the base material 2 in conjunction with the arc welding. In particular, when the EN ratio of arc welding in the laser-arc hybrid welding device 1 is increased, the welding wire 20 melts more easily than the base material 2, so the base material 2 can be melted by irradiating it with the laser 50, ensuring the amount of melted base material 2.

図2は、本発明の一実施の形態に係るレーザ・アークハイブリッド溶接装置によって母材が溶接されている状態を示す上面図である。図3は、本発明の一実施の形態に係るレーザ・アークハイブリッド溶接装置の母材に対するレーザの照射範囲およびアーク溶接範囲を示す断面図である。図4は、本発明の一実施の形態に係るレーザ・アークハイブリッド溶接装置によって溶接された母材の接合状態を示す断面図である。なお、図2においては、理解を容易にするため、溶接ワイヤ20、アーク25およびレーザ50を図示していない。 Figure 2 is a top view showing the state in which base materials are being welded by a laser-arc hybrid welding device according to an embodiment of the present invention. Figure 3 is a cross-sectional view showing the laser irradiation range and arc welding range on the base materials by a laser-arc hybrid welding device according to an embodiment of the present invention. Figure 4 is a cross-sectional view showing the joined state of base materials welded by a laser-arc hybrid welding device according to an embodiment of the present invention. Note that, for ease of understanding, the welding wire 20, arc 25, and laser 50 are not shown in Figure 2.

図2~図4に示すように、母材2は、第1母材4および第2母材5によって構成されている。第1母材4と第2母材5との間には、隙間Gがあいている。第1母材4および第2母材5の各々に、溶接進行方向(DR1方向)に沿ってアーク25による溶接およびレーザ50の照射が行なわれることによって、被接合部3において第1母材4と第2母材5とが互いに接合される。 As shown in Figures 2 to 4, the base material 2 is composed of a first base material 4 and a second base material 5. A gap G is formed between the first base material 4 and the second base material 5. The first base material 4 and the second base material 5 are welded with an arc 25 and irradiated with a laser 50 along the welding direction (DR1 direction) to join the first base material 4 and the second base material 5 to each other at the joint 3.

レーザ50は、照射領域70の範囲に照射される。レーザ50の照射領域70は、溶接の進行方向に直交する方向(DR2方向)において幅Wを有している。溶接の進行方向に直交する方向(DR2方向)におけるレーザ50の照射領域70の幅Wは、被接合部3の脚長Lに対して1倍以上2倍以下である。レーザ50が照射領域70の範囲に照射されDR1方向に進行することによって、レーザ痕71が照射領域70の後方に形成される。 The laser 50 is irradiated within the irradiation area 70. The irradiation area 70 of the laser 50 has a width W in a direction perpendicular to the welding direction (DR2 direction). The width W of the irradiation area 70 of the laser 50 in the direction perpendicular to the welding direction (DR2 direction) is between one and two times the leg length L of the welded portion 3. As the laser 50 is irradiated within the irradiation area 70 and travels in the DR1 direction, a laser mark 71 is formed behind the irradiation area 70.

レーザトーチ40によってレーザ50を被接合部3に照射後に、溶接トーチ10における電極マイナス極性の極性比率(EN比率)が50%以上で被接合部3を溶接する。アーク25は、第1母材4および第2母材5を溶融させる。これによって、DR1方向に沿って溶融池90を形成しつつ被接合部3が接合される。 After the laser 50 is irradiated onto the workpiece 3 by the laser torch 40, the workpiece 3 is welded with a negative electrode polarity ratio (EN ratio) of 50% or more in the welding torch 10. The arc 25 melts the first base material 4 and the second base material 5. This forms a molten pool 90 along the DR1 direction, and the workpiece 3 is welded.

溶接の進行方向に直交する方向(DR2方向)におけるレーザ50の照射領域70の幅Wは、電極マイナス極性の極性比率(EN比率)が増加するにしたがって広い。これにより、レーザ50の照射領域70の幅WをEN比率と連動させて次第に増加させることによって、レーザ50の照射による表面被膜の除去範囲を広くして、EP比率が減少することによりアーク溶接の表面被膜の除去作用が低下しても、表面被膜の影響を抑制してアーク溶接を行なうことができる。 The width W of the laser 50 irradiation area 70 in the direction perpendicular to the welding direction (DR2 direction) increases as the electrode negative polarity ratio (EN ratio) increases. By gradually increasing the width W of the laser 50 irradiation area 70 in conjunction with the EN ratio, the area of surface coating removal by laser 50 irradiation is widened, and even if the surface coating removal effect of arc welding decreases due to a decrease in the EP ratio, arc welding can be performed while suppressing the effects of the surface coating.

図5は、本発明の一実施の形態に係るレーザ・アークハイブリッド溶接装置におけるアーク溶接の電極マイナス極性の極性比率とレーザの出力との関係を示すグラフである。 Figure 5 is a graph showing the relationship between the polarity ratio of the electrode negative polarity and the laser output for arc welding in a laser-arc hybrid welding device according to one embodiment of the present invention.

図5に示すように、レーザトーチ40のレーザ50の出力は、電極マイナス極性の極性比率(EN比率)が増加するにしたがって高い。本実施の形態におけるレーザ50の出力は、EN比率が50%である場合、たとえば、0.5kWである。レーザ50の出力は、EN比率に比例して増加し、EN比率が100%である場合、たとえば、2.0kWである。これにより、EN比率が増加するにしたがって、レーザ50による母材2の表面被膜の除去作用は強くなる。なお、必要とするレーザ50の出力は、レーザ50のレーザプロファイル、溶接速度、母材の板厚および接手形状によって異なるため、図5において示すレーザ50の出力に限定されない。 As shown in Figure 5, the output of the laser 50 of the laser torch 40 increases as the polarity ratio (EN ratio) of the electrode negative polarity increases. In this embodiment, the output of the laser 50 is, for example, 0.5 kW when the EN ratio is 50%. The output of the laser 50 increases in proportion to the EN ratio, and is, for example, 2.0 kW when the EN ratio is 100%. As a result, the removal effect of the surface coating of the base material 2 by the laser 50 becomes stronger as the EN ratio increases. Note that the required output of the laser 50 varies depending on the laser profile of the laser 50, the welding speed, the thickness of the base material, and the joint shape, and is therefore not limited to the output of the laser 50 shown in Figure 5.

ここで、本実施の形態におけるレーザ・アークハイブリッド溶接装置1を用いて母材に対してレーザ・アークハイブリッド溶接を行なった試験結果について説明する。 Here, we will explain the test results of laser-arc hybrid welding performed on base material using the laser-arc hybrid welding device 1 of this embodiment.

第1母材および第2母材の各々は、2mmの板厚を有するアルミニウム合金の重ね隅肉継手である。第1母材および第2母材の各々の間には、隙間が1mmあいている。溶接速度を1m/min、溶接電流を100Aおよびワイヤ送給速度を6m/minの条件下において、EN極性のアーク溶接を行った。その結果、母材が溶融せず、ハンピングが生じた。 The first and second base materials were each lap fillet joints made of aluminum alloy with a plate thickness of 2 mm. There was a gap of 1 mm between the first and second base materials. EN polarity arc welding was performed at a welding speed of 1 m/min, a welding current of 100 A, and a wire feed speed of 6 m/min. As a result, the base materials did not melt, resulting in humping.

次に、上記のアーク溶接に先行して平均出力1.0kWのレーザを照射するレーザ・アークハイブリッド溶接を行なった。その結果、溶接時にハンピングは発生せず、第1母材および第2母材は被接合部において良好に接合した。なお、EP極性のアーク溶接では、第1母材および第2母材の各々は、被接合部によって互いに接合することができず、良好な溶接結果を得ることができなかった。これにより、本実施の形態における条件下のレーザ・アークハイブリッド溶接を行なうことによって、隙間を有するアルミニウム合金の第1母材および第2母材を良好に接合することが可能であることを確認することができた。 Next, prior to the above arc welding, laser-arc hybrid welding was performed, in which a laser with an average output of 1.0 kW was irradiated. As a result, no humping occurred during welding, and the first and second base materials were satisfactorily joined at the joints. However, with EP polarity arc welding, the first and second base materials could not be joined to each other at the joints, and good welding results could not be obtained. This confirms that laser-arc hybrid welding under the conditions of this embodiment can satisfactorily join first and second aluminum alloy base materials with gaps.

本発明の一実施の形態に係るレーザ・アークハイブリッド溶接装置1においては、レーザトーチ40によってレーザ50を被接合部3に照射後に、溶接トーチ10における電極マイナス極性の極性比率(EN比率)が50%以上で被接合部3を溶接することによって、溶接ワイヤ20の溶融量を増加させることができるため、レーザ50の照射によって被接合部3の表面被膜の除去作用を確保しつつ、溶接の施工裕度を向上させることができる。 In a laser-arc hybrid welding device 1 according to one embodiment of the present invention, after the laser torch 40 irradiates the workpiece 3 with a laser 50, the workpiece 3 is welded with a negative electrode polarity ratio (EN ratio) of the welding torch 10 of 50% or more. This increases the amount of melted welding wire 20, thereby improving the welding workability while ensuring that the surface coating of the workpiece 3 is removed by irradiating the laser 50.

本発明の一実施の形態に係るレーザ・アークハイブリッド溶接装置1においては、電極マイナス極性の極性比率(EN比率)が増加するにしたがってレーザトーチ40のレーザ50の出力を高くすることにより、電極プラス極性の極性比率(EP比率)の減少に伴い低下する表面被膜の除去作用を確保することができる。 In a laser-arc hybrid welding device 1 according to one embodiment of the present invention, the output of the laser 50 of the laser torch 40 is increased as the electrode negative polarity ratio (EN ratio) increases, thereby ensuring the removal of surface coatings, which decreases as the electrode positive polarity ratio (EP ratio) decreases.

本発明の一実施の形態に係るレーザ・アークハイブリッド溶接装置1においては、溶接の進行方向に直交する方向(DR2方向)におけるレーザ50の照射領域の幅Wを電極マイナス極性の極性比率(EN比率)が増加するにしたがって広くすることによって、レーザ50の照射による表面被膜を十分な範囲で除去して、アーク溶接のハンピングを抑制することができる。 In a laser-arc hybrid welding device 1 according to one embodiment of the present invention, the width W of the laser 50 irradiation area in the direction perpendicular to the welding direction (DR2 direction) is increased as the electrode negative polarity ratio (EN ratio) increases, thereby removing a sufficient amount of the surface coating caused by the laser 50 irradiation and suppressing humping in the arc welding.

本発明の一実施の形態に係るレーザ・アークハイブリッド溶接装置1においては、溶接の進行方向に直交する方向(DR2方向)におけるレーザ50の照射領域70の幅Wが、被接合部3の脚長Lに対して1倍以上2倍以下であることによって、レーザ50を適切な幅Wで照射することにより、レーザ50の照射による表面被膜の除去作用を確保することができる。 In a laser-arc hybrid welding device 1 according to one embodiment of the present invention, the width W of the irradiation area 70 of the laser 50 in the direction perpendicular to the welding direction (direction DR2) is between one and two times the leg length L of the welded portion 3. By irradiating the laser 50 with the appropriate width W, the removal of the surface coating by irradiation with the laser 50 can be ensured.

以下、本発明の一実施の形態の変形例に係るレーザ・アークハイブリッド溶接装置について説明する。本変形例に係るレーザ・アークハイブリッド溶接装置は、溶接トーチの溶接条件が本発明の一実施の形態に係るレーザ・アークハイブリッド溶接装置1と異なるため、本発明の一実施の形態に係るレーザ・アークハイブリッド溶接装置1と同様である構成については説明を繰り返さない。 The following describes a laser-arc hybrid welding device according to a modified example of an embodiment of the present invention. Because the welding conditions for the welding torch of the laser-arc hybrid welding device according to this modified example differ from those of the laser-arc hybrid welding device 1 according to an embodiment of the present invention, a description of the configuration that is similar to that of the laser-arc hybrid welding device 1 according to an embodiment of the present invention will not be repeated.

本発明の一実施の形態の変形例に係る溶接トーチは、電極マイナス極性の極性比率(EN比率)が70%以上で被接合部を溶接する。EN比率が70%を超える場合、アーク溶接の陰極点が溶接ワイヤの先端および側面に生成されるため、溶接ワイヤの溶融時の溶滴の形成が不安定になる。アーク溶接がパルス溶接である場合には、パルス電流の周期が不安定になるため、溶接が不安定になってスパッタを生ずる可能性がある。 A welding torch according to a modified embodiment of the present invention welds the parts to be joined with an electrode negative polarity ratio (EN ratio) of 70% or more. If the EN ratio exceeds 70%, cathode spots in the arc welding are generated at the tip and sides of the welding wire, making droplet formation unstable when the welding wire melts. If the arc welding is pulse welding, the pulse current cycle becomes unstable, which can make the welding unstable and result in spatter.

本変形例における溶接トーチの溶接は、短絡溶接である。短絡溶接によって、溶接ワイヤの溶滴を溶接ワイヤおよび母材に接触させつつ溶接することによって、パルス溶接と比較して、溶接中のスパッタの発生を防ぐことができる。 The welding performed by the welding torch in this modified example is short-circuit welding. By short-circuit welding, the molten droplets of the welding wire are brought into contact with the welding wire and the base material while welding, which prevents spatter from occurring during welding compared to pulse welding.

本発明の一実施の形態の変形例に係るレーザ・アークハイブリッド溶接装置においては、溶接トーチの電極マイナス極性の極性比率(EN比率)が70%以上で被接合部を溶接し、かつ、溶接トーチの溶接が短絡溶接であることによって、表面被膜の除去および溶接の施工裕度を確保しつつ、短絡溶接によってスパッタの発生を抑制することができる。 In a laser-arc hybrid welding device according to a modified embodiment of the present invention, the parts to be welded are welded with a negative electrode polarity ratio (EN ratio) of the welding torch of 70% or more, and the welding torch is short-circuited. This allows for the removal of surface coatings and ensures welding workability, while suppressing the generation of spatter through short-circuit welding.

なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本開示の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるものではない。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。上述した実施の形態の説明において、組み合わせ可能な構成を相互に組み合わせてもよい。 The above-disclosed embodiments are illustrative in all respects and are not intended to be limiting. Therefore, the technical scope of this disclosure should not be interpreted solely in terms of the above-disclosed embodiments. Furthermore, all modifications within the scope and meaning equivalent to the claims are included. In the description of the above-disclosed embodiments, combinable configurations may be combined with each other.

1 レーザ・アークハイブリッド溶接装置、3 被接合部、10 溶接トーチ、25 アーク、40 レーザトーチ、50 レーザ、70 照射領域、L 脚長、W 幅。 1: Laser-arc hybrid welding device, 3: welding part, 10: welding torch, 25: arc, 40: laser torch, 50: laser, 70: irradiation area, L: leg length, W: width.

Claims (5)

被接合部に向けてレーザを照射し、前記被接合部の表面被膜を除去するレーザトーチと、
前記被接合部との間にアークを発生させて前記被接合部を溶接する溶接トーチとを備え、
前記溶接トーチは、電極プラス極性および電極マイナス極性の極性比率を変更可能に構成されており、
前記レーザトーチによって前記レーザを前記被接合部に照射後に、前記溶接トーチにおける前記電極マイナス極性の前記極性比率が50%以上で前記被接合部を溶接する、レーザ・アークハイブリッド溶接装置。
a laser torch that irradiates a laser toward a portion to be joined and removes a surface coating of the portion to be joined;
a welding torch that generates an arc between the welding torch and the welding parts to weld the welding parts,
the welding torch is configured to be able to change the polarity ratio of the electrode positive polarity and the electrode negative polarity,
a laser-arc hybrid welding device that irradiates the laser torch with the laser and then welds the parts to be joined with the polarity ratio of the electrode negative polarity in the welding torch being 50% or more;
前記レーザトーチの前記レーザの出力は、前記電極マイナス極性の前記極性比率が増加するにしたがって高い、請求項1に記載のレーザ・アークハイブリッド溶接装置。 The laser-arc hybrid welding device of claim 1, wherein the laser output of the laser torch increases as the polarity ratio of the electrode negative polarity increases. 溶接の進行方向に直交する方向における前記レーザの照射領域の幅は、前記電極マイナス極性の前記極性比率が増加するにしたがって広い、請求項1または請求項2に記載のレーザ・アークハイブリッド溶接装置。 A laser-arc hybrid welding device as described in claim 1 or 2, wherein the width of the laser irradiation area in a direction perpendicular to the welding direction increases as the polarity ratio of the electrode negative polarity increases. 前記溶接の進行方向に直交する方向における前記レーザの照射領域の幅は、前記被接合部の脚長に対して1倍以上2倍以下である、請求項3に記載のレーザ・アークハイブリッド溶接装置。 The laser-arc hybrid welding device of claim 3, wherein the width of the laser irradiation area in a direction perpendicular to the welding direction is between one and two times the leg length of the welded part. 前記溶接トーチは、前記電極マイナス極性の前記極性比率が70%以上で前記被接合部を溶接し、
前記溶接トーチの溶接は、短絡溶接である、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のレーザ・アークハイブリッド溶接装置。
the welding torch welds the joint portion with the polarity ratio of the electrode negative polarity being 70% or more,
5. The laser-arc hybrid welding device according to claim 1, wherein the welding torch performs short-circuit welding.
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