JP2002283078A - Method for laser beam welding - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for a laser beam welding in which a filler wire is stably fed to a welding zone, thus the welding quality is stabilized. SOLUTION: By the method for the laser beam welding, the filler wire 4 is fed to the welding zone 5 while the welding zone 5 is irradiated with a laser beam 2. The filler wire 4 is obliquely fed from the front side or the rear side of the advancing direction of the welding so that the angle between the feeding direction and the beam axis L of the laser beam 2 is 60 deg. or smaller. The filler wire 4 is fed under the condition θ<=80 V<-0.6> , where θ stands for the angle between the feeding direction of the filler wire 4 and the beam axis L of the laser beam 2, and V stands for the welding speed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、レーザ溶接方法
に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser welding method.

【０００２】[0002]

【従来の技術】レーザビームを溶接部に照射して溶接す
る際、溶加材としてのフィラワイヤを使用する場合があ
る（例えば、特開平１０−２６３８６２号公報）。すな
わち、レーザビームを溶接部に照射しつつフィラワイヤ
をこの溶接部に送給し、このフィラワイヤを溶融させる
ことにより、溶融金属の不足分を補うものである。2. Description of the Related Art When irradiating a welding portion with a laser beam for welding, a filler wire as a filler material is sometimes used (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-263682). That is, the filler wire is fed to the welded portion while irradiating the welded portion with the laser beam, and the filler wire is melted, thereby compensating for the shortage of the molten metal.

【０００３】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで、レーザ溶接
前に仮付けを行ったものや、段差等を有する形状のもの
等の構造物を溶接する場合がある(例えば、図２、図
３)。このような場合、フィラワイヤを溶接進行方向の
前方側から送給すると、仮付け部１１や段差部１２によ
ってフィラワイヤを溶接部に送給することができないお
それがある。すなわち、フィラワイヤが仮付け部１１等
に干渉し、その動作が変化したり、スティッキングを起
こし、これにより、フィラワイヤが未溶着になったり、
フィラワイヤの先端部が凝固壁(溶融した溶接部が固化
した壁)に固着されたりする場合がある。また、フィラ
ワイヤをレーザビームより前方側から送給すると、溶接
線倣いを行わせるためのセンサの配置が困難となる場合
があった。Incidentally, there is a case where a structure such as one having a temporary attachment before laser welding or a shape having a step or the like is welded (for example, FIGS. 2 and 3). In such a case, if the filler wire is fed from the front side in the welding progress direction, the filler wire may not be able to be fed to the welded portion by the tacking portion 11 or the step portion 12. That is, the filler wire interferes with the tacking portion 11 and the like, and its operation is changed or sticking is caused, so that the filler wire is not welded,
In some cases, the tip of the filler wire is fixed to a solidified wall (a wall in which a molten weld is solidified). Also, if the filler wire is fed from the front side of the laser beam, it may be difficult to arrange a sensor for performing welding line scanning.

【０００４】この発明は、上記従来の欠点を解決するた
めになされたものであって、その目的は、フィラワイヤ
を安定して溶接部へ送給することができ、そのため溶接
品質の安定化を図ることが可能なレーザ溶接方法を提供
することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional disadvantages, and an object thereof is to stably feed a filler wire to a welded portion, thereby stabilizing welding quality. It is an object of the present invention to provide a laser welding method capable of performing the above.

【０００５】[0005]

【課題を解決するための手段および効果】そこで請求項
１のレーザ溶接方法は、レーザビームを溶接部に照射し
つつフィラワイヤを溶接部に送給するレーザ溶接方法で
あって、上記フィラワイヤの送給方向と上記レーザビー
ムのビーム軸との成す角度をθとし、溶接速度をＶとし
たときに、θ≦８０Ｖ^-0.6となるように、このフィラワ
イヤを送給することを特徴している。なお、角度θの単
位は（°）、溶接速度Ｖの単位は（ｍ／ｍｉｎ）であ
る。Therefore, a laser welding method according to claim 1 is a laser welding method for feeding a filler wire to a welding portion while irradiating the welding portion with a laser beam. When the angle between the direction and the beam axis of the laser beam is θ, and the welding speed is V, the filler wire is fed so that θ ≦ 80V ^−0.6 . The unit of the angle θ is (°), and the unit of the welding speed V is (m / min).

【０００６】請求項１のレーザ溶接方法では、溶接速度
Ｖ（ｍ／ｍｉｎ）が速くなると、その溶融余盛り部は高
く盛上った状態となるので、これとの干渉を避けるべ
く、溶接速度Ｖが速いほどフィラワイヤの送給角度θを
小（いわゆる立った状態）とする。これにより、高く盛
上った溶融部等に干渉されることなく溶接を行うことが
できる。逆に溶接速度Ｖが遅くなると、溶融部はあまり
盛上らないので、フィラワイヤ４の送給角度θを大（比
較的寝かせた状態）として、溶接を行う。In the laser welding method according to the first aspect, when the welding speed V (m / min) increases, the melted protruding portion rises to a high state. The higher the V, the smaller the filler wire feed angle θ (so-called standing state). Thereby, welding can be performed without being interfered by a high-rise molten portion or the like. Conversely, when the welding speed V decreases, the melted portion does not rise very much. Therefore, the welding is performed with the feed angle θ of the filler wire 4 large (relatively laid).

【０００７】請求項２のレーザ溶接方法は、レーザビー
ムを溶接部に照射しつつフィラワイヤを溶接部に送給す
るレーザ溶接方法であって、上記フィラワイヤを、その
送給方向と上記レーザビームのビーム軸との成す角度が
６０°以下となるように、溶接進行方向の前方または後
方側から斜めに送給することを特徴としている。A laser welding method according to a second aspect of the present invention is a laser welding method for feeding a filler wire to a welding portion while irradiating the welding portion with a laser beam. It is characterized in that it is fed obliquely from the front or the rear side in the welding progress direction so that the angle formed with the shaft is 60 ° or less.

【０００８】請求項２のレーザ溶接方法では、仮付けさ
れている場合や、段差部を有する場合であっても、フィ
ラワイヤの送給方向と上記レーザビームのビーム軸との
成す角度が６０°以下であるので、仮付け部や段差部に
干渉されにくく、フィラワイヤを溶接部へ安定して送給
することができ、溶接品質の安定化を図ることが可能で
あり、実用上はこの範囲を採用するのが好ましい。According to the laser welding method of the present invention, the angle formed between the direction in which the filler wire is fed and the beam axis of the laser beam is 60 ° or less, even if the laser beam is temporarily attached or has a step. Therefore, the filler wire is hardly interfered by the tacking part and the step part, the filler wire can be stably fed to the welding part, and the welding quality can be stabilized, and this range is practically adopted. Is preferred.

【０００９】請求項３のレーザ溶接方法は、送給方向と
上記レーザビームのビーム軸との成す角度を４５°以下
とすることを特徴している。The laser welding method according to a third aspect is characterized in that the angle between the feeding direction and the beam axis of the laser beam is 45 ° or less.

【００１０】上記請求項３のレーザ溶接方法では、仮付
け部や段差部によるフィラワイヤへの干渉をより確実に
防止することができ、溶接品質の安定化を一層図ること
ができる。According to the laser welding method of the third aspect, the interference with the filler wire due to the tacked portion and the stepped portion can be more reliably prevented, and the welding quality can be further stabilized.

【００１１】請求項４のレーザ溶接方法は、上記フィラ
ワイヤを上記レーザビームよりも溶接進行方向後方側か
ら送給することを特徴している。[0011] A laser welding method according to a fourth aspect is characterized in that the filler wire is fed from the rear side in the welding traveling direction with respect to the laser beam.

【００１２】上記請求項４のレーザ溶接方法では、溶接
進行方向前方にフィラワイヤが配置されず、このため、
溶接線倣い用のセンサを、溶接進行方向の前方側におい
て、レーザビームに近接して設けることができ、高精度
の溶接線倣いを行うことが可能となる。また、溶接進行
方向の後方側からフィラワイヤを供給することによっ
て、このフィラワイヤは、レーザ反射光、発生するプラ
ズマ、溶融池からの輻射熱にて予熱され、この結果、フ
ィラワイヤの溶融効率が上昇する。このようにレーザビ
ームのエネルギーが有効利用されることにより、溶込み
深さが増加する。In the laser welding method according to the fourth aspect, the filler wire is not disposed forward in the welding traveling direction.
A welding line following sensor can be provided near the laser beam on the front side in the welding progress direction, and it becomes possible to perform welding line following with high accuracy. Further, by supplying the filler wire from the rear side in the welding progress direction, the filler wire is preheated by laser reflected light, generated plasma, and radiant heat from a molten pool, and as a result, the melting efficiency of the filler wire increases. The effective use of the energy of the laser beam increases the penetration depth.

【００１３】請求項５のレーザ溶接方法は、上記レーザ
ビームを、溶接進行方向に対して略直交する方向にウィ
ビングさせることを特徴としている。A laser welding method according to a fifth aspect of the present invention is characterized in that the laser beam is wigged in a direction substantially perpendicular to the welding progress direction.

【００１４】上記請求項５のレーザ溶接方法では、溶接
部が隙間部を有するような場合においても、その隙間部
を確実に接合することができる。しかも、レーザビーム
の照射位置の位置ずれを吸収することができ、溶接部の
融合(接合)の不良を抑制できる。According to the laser welding method of the fifth aspect, even when the welded portion has a gap, the gap can be securely joined. In addition, the displacement of the irradiation position of the laser beam can be absorbed, and the failure of fusion (joining) of the welded portion can be suppressed.

【００１５】請求項６のレーザ溶接方法は、上記ビーム
軸とフィラワイヤの送給方向との成す角度をθとし、キ
ーホール直径をＤとし、上記フィラワイヤの送り速度を
Ｖｗとし、上記レーザビームのウィビング周波数をＦと
したときに、Ｖｗ／Ｆ≦２Ｄ／ｓｉｎθとすることを特
徴としている。なお、角度θの単位は（°）、キーホー
ル直径Ｄの単位は（ｍｍ）、フィラワイヤ４の送り速度
Ｖｗの単位は（ｍ／ｍｉｎ）、ウィビング周波数Ｆの単
位は（Ｈｚ）である。According to a sixth aspect of the present invention, in the laser welding method, the angle between the beam axis and the feed direction of the filler wire is θ, the keyhole diameter is D, the feed speed of the filler wire is Vw, and the laser beam wiving is performed. When the frequency is F, Vw / F ≦ 2D / sin θ. The unit of the angle θ is (°), the unit of the keyhole diameter D is (mm), the unit of the feed speed Vw of the filler wire 4 is (m / min), and the unit of the weaving frequency F is (Hz).

【００１６】上記請求項６のレーザ溶接方法では、送給
されるフィラワイヤの略全長にわたってレーザビームが
照射され、このためフィラワイヤの未溶融部位が凝固壁
に到達せず、スティッキングを避けることができ、溶接
品質の安定化を確実に図ることができる。According to the laser welding method of the sixth aspect, the laser beam is radiated over substantially the entire length of the fed filler wire, so that the unmelted portion of the filler wire does not reach the solidified wall, and sticking can be avoided. It is possible to reliably stabilize welding quality.

【００１７】請求項７のレーザ溶接方法は、レーザビー
ムを溶接部に照射しつつフィラワイヤを溶接部に送給す
るレーザ溶接方法であって、上記フィラワイヤを、溶接
進行方向の後方側から斜めに送給することを特徴として
いる。A laser welding method according to a seventh aspect of the present invention is a laser welding method for feeding a filler wire to a welding portion while irradiating a laser beam to the welding portion, wherein the filler wire is sent obliquely from a rear side in a welding progress direction. It is characterized by paying.

【００１８】上記請求項７のレーザ溶接方法では、溶接
進行方向の後方側からフィラワイヤを供給することによ
って、このフィラワイヤは、レーザ反射光、発生するプ
ラズマ、溶融池からの輻射熱にて予熱され、この結果、
フィラワイヤの溶融効率が上昇する。このようにレーザ
ビームのエネルギーが有効利用されることにより、溶込
み深さが増加して、高品質の溶接を行うことができる。In the laser welding method according to the seventh aspect, by supplying the filler wire from the rear side in the welding progress direction, the filler wire is preheated by laser reflected light, generated plasma, and radiant heat from the molten pool. result,
The melting efficiency of the filler wire increases. By effectively utilizing the energy of the laser beam in this way, the penetration depth is increased and high quality welding can be performed.

【００１９】[0019]

【発明の実施の形態】次に、この発明のレーザ溶接方法
の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ詳細
に説明する。図１にこの発明のレーザ溶接方法に使用す
るレーザ溶接装置を示す。レーザ溶接装置１は、レーザ
ビーム２を照射するレーザヘッド（図示せず）と、フィ
ラワイヤ４を溶接部５に送給するためのフィラワイヤ送
給ノズル６と、シールドガスノズル７と、溶接線倣い用
センサ８等を備える。このレーザ溶接装置１によって、
レーザビーム２を溶接部５に照射つつフィラワイヤ４を
溶接部５に送給するものである。Next, specific embodiments of the laser welding method of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a laser welding apparatus used in the laser welding method of the present invention. The laser welding apparatus 1 includes a laser head (not shown) for irradiating a laser beam 2, a filler wire supply nozzle 6 for supplying a filler wire 4 to a welding portion 5, a shield gas nozzle 7, and a welding line following sensor. 8 and so on. With this laser welding device 1,
The filler wire 4 is fed to the welding portion 5 while irradiating the welding portion 5 with the laser beam 2.

【００２０】この場合、上記フィラワイヤ４を、図２に
示すように、その送給方向と上記レーザビーム２のビー
ム軸Ｌとの成す角度θが６０°以下となるように、溶接
進行方向の前方または後方側から斜めに送給する。すな
わち、図２の仮想線のように、上記フィラワイヤ送給ノ
ズル６がレーザビーム２に対して溶接進行方向の前方側
に配置され、フィラワイヤ４が前方側から送給されてい
ても、また図２の実線のように、フィラワイヤ送給ノズ
ル６がレーザビーム２に対して溶接進行方向の後方側に
配置され、フィラワイヤ４が後方側から送給されていて
もよい。言い換えれば、溶接進行方向とビーム軸Ｌとを
含む平面内において、フィラワイヤ４を溶接部５に送給
するものであり、各場合において、上記角度θが６０°
以下であればよい。なお、図２の矢印は、溶接部５に対
する溶接進行方向を示している。In this case, as shown in FIG. 2, the filler wire 4 is moved forward in the welding advancing direction so that the angle θ between the feeding direction and the beam axis L of the laser beam 2 is 60 ° or less. Or feed diagonally from the rear side. That is, as shown by the imaginary line in FIG. 2, the filler wire feed nozzle 6 is disposed on the front side in the welding traveling direction with respect to the laser beam 2, and the filler wire 4 is fed from the front side. As shown by the solid line, the filler wire feeding nozzle 6 may be disposed on the rear side in the welding traveling direction with respect to the laser beam 2, and the filler wire 4 may be fed from the rear side. In other words, the filler wire 4 is fed to the welding portion 5 in a plane including the welding progress direction and the beam axis L. In each case, the angle θ is 60 °.
The following may be sufficient. In addition, the arrow of FIG. 2 has shown the welding progress direction with respect to the welding part 5. FIG.

【００２１】ところで、溶接する際には、図２に示すよ
うに、溶接部５に仮付け部１１が形成されている場合
や、図３に示すように段差部１２が形成されている場合
がある。このような場合に、仮想線のように前方側から
フィラワイヤ４を送給して、しかも上記角度θが６０°
より大きければ、フィラワイヤ４が仮付け部１１や段差
部１２に干渉を受けるおそれがあり、干渉を受ければ、
溶接不良が生じる場合があった。これに対して、上記角
度θが６０°以下であれば、仮付け部１１が形成されて
いたとしても、仮付け部１１は一般にその立上り角度α
が例えば、３０°程度であり、レーザ軸Ｌを基準とすれ
ば、６０°程度の角度であるので、フィラワイヤ４が仮
付け部１１に干渉することなく安定した状態にて溶接部
５に送給され、良好な溶接を行うことができる。また、
図３に示すように、段差部１２が形成されている場合で
あっても、加工点Ｏから段差部１２までの寸法Ｘは、段
差部１２の高さ寸法をｈとした際に、ｈ×ｔａｎθとな
り、この角度θが小さいほど寸法Ｘを小さくでき、角度
θが６０°以下であれば、段差部１２に干渉されること
なく、安定して溶接することができる。By the way, when welding, as shown in FIG. 2, a case where a temporary attachment portion 11 is formed in a welded portion 5 or a case where a stepped portion 12 is formed as shown in FIG. is there. In such a case, the filler wire 4 is fed from the front side like a virtual line, and the angle θ is 60 °.
If it is larger, the filler wire 4 may be interfered with the tacking portion 11 or the step portion 12.
In some cases, poor welding occurred. On the other hand, if the angle θ is equal to or less than 60 °, even if the tacking portion 11 is formed, the tacking portion 11 generally has the rising angle α.
For example, the angle is about 30 °, and the angle is about 60 ° with respect to the laser axis L. Therefore, the filler wire 4 is fed to the welding portion 5 in a stable state without interfering with the temporary attachment portion 11. And good welding can be performed. Also,
As shown in FIG. 3, even when the step portion 12 is formed, the dimension X from the processing point O to the step portion 12 is given by h × H, where the height dimension of the step portion 12 is h. tan θ, and the smaller the angle θ, the smaller the dimension X. If the angle θ is 60 ° or less, the welding can be performed stably without being interfered by the stepped portion 12.

【００２２】実用上は、上記角度θとして６０°以下で
あればよいが、特に４５°以下とするのが好ましい。４
５°以下とすることによって、図２に示す仮付け部１１
や図３に示す段差部１２を有する場合等に、これらに干
渉されるのを確実に回避することができ、より安定した
溶接を行うことができるからである。In practice, the angle θ should be 60 ° or less, but is more preferably 45 ° or less. 4
By setting the angle to 5 ° or less, the tacking portion 11 shown in FIG.
This is because, when the stepped portion 12 shown in FIG. 3 or the like is provided, it is possible to reliably avoid interference with them and perform more stable welding.

【００２３】さらに、フィラワイヤ４をレーザビーム２
より溶接進行方向後方側から送給するようにすれば、仮
付け部１１及び段差部１２に影響を受けることなく、よ
り安定して溶接部５にフィラワイヤ４を送給することが
でき、高品質の溶接を行うことができる。しかも、フィ
ラワイヤ４をレーザビーム２より溶接進行方向後方側か
ら送給することによって、センサ８を、溶接進行方向の
前方側において、レーザビーム２に近接して設けること
が可能となって、溶接線倣いの精度が向上する利点があ
る。特に、溶接進行方向の後方側からフィラワイヤ４を
供給することによって、このフィラワイヤ４は、レーザ
反射光、発生するプラズマ、溶融池からの輻射熱にて予
熱され、この結果、フィラワイヤ４の溶融効率が上昇す
る。このようにレーザビームのエネルギーが有効利用さ
れることにより、溶込み深さが増加する。これにより、
高品質の溶接を行うことができる。このため、フィラワ
イヤ４をレーザビーム２より溶接進行方向後方側から送
給する場合、上記角度として、６０°以下や４５°以下
にこだわるものではない。Further, the filler wire 4 is connected to the laser beam 2.
If the feeder is fed from the rear side in the welding progress direction, the filler wire 4 can be more stably fed to the welded portion 5 without being affected by the tacking portion 11 and the stepped portion 12, and high quality is provided. Can be welded. Moreover, by feeding the filler wire 4 from the rear side of the laser beam 2 in the welding direction, the sensor 8 can be provided close to the laser beam 2 on the front side in the welding direction. There is an advantage that the accuracy of copying is improved. In particular, by supplying the filler wire 4 from the rear side in the welding progress direction, the filler wire 4 is preheated by laser reflected light, generated plasma, and radiant heat from the molten pool, and as a result, the melting efficiency of the filler wire 4 increases. I do. The effective use of the energy of the laser beam increases the penetration depth. This allows
High quality welding can be performed. Therefore, when the filler wire 4 is fed from the rear side in the welding traveling direction from the laser beam 2, the angle is not limited to 60 ° or less or 45 ° or less.

【００２４】ところで、溶接速度が速くなると、図７に
示すように、溶融部１３はその盛上り部が高くなると共
に、温度が低くなる。そのため、この高く盛上った溶融
部１３にフィラワイヤ４が接触するおそれがあり、この
盛上り部位にフィラワイヤ４が接触すれば、溶融金属の
温度がさらに低下し、凝固が促進され、フィラワイヤ４
が凝固壁(溶融した溶接部５が固化した壁)に固着し易く
なる。そこで、この発明においては、フィラワイヤ４
を、その送給方向と上記レーザビーム２のビーム軸Ｌと
の成す角度をθとし、溶接速度をＶとしたときに、θ≦
８０Ｖ^-0.6となるように、溶接進行方向の前方または後
方側から斜めに送給するものである。When the welding speed is increased, as shown in FIG. 7, the melting portion 13 has a raised portion and a lower temperature. Therefore, there is a possibility that the filler wire 4 comes into contact with the high-rise molten portion 13. If the filler wire 4 comes into contact with the raised portion, the temperature of the molten metal further decreases, solidification is accelerated, and the filler wire 4 is solidified.
Is easily adhered to the solidified wall (the wall where the molten weld 5 is solidified). Therefore, in the present invention, the filler wire 4
When the angle between the feeding direction and the beam axis L of the laser beam 2 is θ, and the welding speed is V, θ ≦
It is fed obliquely from the front or rear side in the welding progress direction so as to be 80V ^-0.6 .

【００２５】すなわち、溶接速度Ｖ（ｍ／ｍｉｎ）が速
くなると、その溶融余盛り部は高く盛上った状態となる
ので、これとの干渉を避けるべく、溶接速度Ｖが速いほ
どフィラワイヤ４の送給角度θを小（いわゆる立った状
態）とする。これにより、高く盛上った溶融部等に干渉
されることなく溶接を行うことができる。逆に溶接速度
Ｖが遅くなると、溶融部はあまり盛上らないので、フィ
ラワイヤ４の送給角度θを大（比較的寝かせた状態）と
して、溶接を行う。In other words, when the welding speed V (m / min) increases, the melted protruding portion rises high. Therefore, in order to avoid interference with this, the welding speed V is increased as the welding speed V is increased. The feeding angle θ is small (so-called standing state). Thereby, welding can be performed without being interfered by a high-rise molten portion or the like. Conversely, when the welding speed V decreases, the melted portion does not rise very much. Therefore, the welding is performed with the feed angle θ of the filler wire 4 large (relatively laid).

【００２６】また、溶接部（被溶接材突合せ部等）５に
隙間を有する場合があり、このような場合には、上記レ
ーザビーム２を、溶接進行方向に対して略直交する方向
にウィビングさせる。すなわち、フィラワイヤ４の送給
方向(溶接進行方向)に対してレーザビーム２のビーム軸
Ｌの軌跡Ｋが図５に示すようになる。ところで、ウィビ
ングさせる方法としては、例えば、図４に示すレーザス
キャン装置１４、１５を使用すればよい。In some cases, there is a gap in the welded portion (butted portion of the material to be welded) 5. In such a case, the laser beam 2 is weaved in a direction substantially orthogonal to the welding progress direction. . That is, the trajectory K of the beam axis L of the laser beam 2 with respect to the feed direction of the filler wire 4 (the welding progress direction) is as shown in FIG. Incidentally, as a method for weaving, for example, the laser scanning devices 14 and 15 shown in FIG. 4 may be used.

【００２７】レーザスキャン装置１４、１５は、回転自
在に配置されると共にレーザビーム２を反射させるミラ
ーを備え、このミラーを所定の角度範囲内で揺動させて
レーザビーム２をスキャンさせる装置である。この場
合、レーザスキャン装置１４のミラーは図４の紙面に平
行な回転軸廻りに回転可能であり、レーザスキャン装置
１５のミラーは図４の紙面に垂直な回転軸廻りに回転可
能である。したがって、レーザスキャン装置１４のミラ
ーの角度を変更すれば溶接進行方向に対して垂直方向
（直交する方向）に照射位置が移動し、またレーザスキ
ャン装置１５のミラーの角度を変更すれば溶接進行方向
に対して平行方向に照射位置が移動する。The laser scanning devices 14 and 15 are provided so as to be rotatable and have a mirror for reflecting the laser beam 2, and scan the laser beam 2 by swinging the mirror within a predetermined angle range. . In this case, the mirror of the laser scanning device 14 is rotatable around a rotation axis parallel to the paper surface of FIG. 4, and the mirror of the laser scanning device 15 is rotatable around a rotation axis perpendicular to the paper surface of FIG. Therefore, if the angle of the mirror of the laser scanning device 14 is changed, the irradiation position is moved in the direction perpendicular to the welding progress direction (the direction orthogonal to the welding direction), and if the angle of the mirror of the laser scanning device 15 is changed, the welding progress direction is changed. The irradiation position is moved in a direction parallel to.

【００２８】このように上記レーザスキャン装置１４、
１５を使用すれば、ミラーを揺動させることによってレ
ーザビーム２を溶接位置においてウィビング（スキャ
ン）させることができる。なお、レーザスキャン装置１
４、１５は、検出装置１６と補正装置１７等を備えた制
御装置１８によって制御される。As described above, the laser scanning device 14,
If 15 is used, the laser beam 2 can be wigged (scanned) at the welding position by swinging the mirror. The laser scanning device 1
4 and 15 are controlled by a control device 18 including a detection device 16 and a correction device 17.

【００２９】そして、フィラワイヤ４の送給方向とレー
ザビーム２のビーム軸Ｌとの成す角度をθ（°）とし、
キーホール直径をＤ（ｍｍ）とし、上記フィラワイヤ４
の送り速度をＶｗ（ｍｍ／秒）とし、上記レーザビーム
２のウィビング周波数をＦ（回／秒）としたときに、Ｖ
ｗ／Ｆ≦２Ｄ／ｓｉｎθとする。ところで、フィラワイ
ヤ（添加材）４を溶融させるエネルギーとしては、レー
ザビーム２のエネルギー、溶融金属、レーザ誘起プラズ
マ等であるが、主はレーザビーム２のエネルギーであ
り、その他は補助的である。従って、ウィビング時にお
いてフィラワイヤ４が溶融するのは、レーザビーム２が
フィラワイヤ４を横切ったときであり、ウィビング振幅
がフィラワイヤ４の径より大きい場合はレーザビーム２
が当たっていないときが生じ、その間未溶融のままフィ
ラワイヤ４は送給されることになる。一方、キーホール
や溶融金属の周りには、凝固壁(固体)が形成され、フィ
ラワイヤ４はここでスティッキングを起こす。The angle formed between the direction in which the filler wire 4 is fed and the beam axis L of the laser beam 2 is defined as θ (°).
The diameter of the keyhole is D (mm) and the filler wire 4
When the feed speed of the laser beam is Vw (mm / sec) and the weaving frequency of the laser beam 2 is F (times / sec),
It is assumed that w / F ≦ 2D / sin θ. By the way, the energy for melting the filler wire (additive material) 4 is the energy of the laser beam 2, the molten metal, the laser-induced plasma, and the like. The energy is mainly the energy of the laser beam 2, and the other is auxiliary. Therefore, the filler wire 4 is melted during the weaving when the laser beam 2 crosses the filler wire 4, and when the weaving amplitude is larger than the diameter of the filler wire 4, the laser beam 2 is melted.
Occurs, during which time the filler wire 4 is fed unmelted. On the other hand, a solidified wall (solid) is formed around the keyhole and the molten metal, and the filler wire 4 sticks here.

【００３０】そのため、上記のように限定することによ
って、レーザビーム２が上記軌跡の１周期に少なくとも
２回以上フィラワイヤ４を照射するように設定し、フィ
ラワイヤ４の未溶融部位が凝固壁に達成させないように
するものである。この場合、レーザビーム２による溶融
可能領域は、キーホール直径Ｄとほぼ等しいので、上記
したレーザビーム２が当たっている領域をキーホール直
径Ｄに置き換えて考えることができる。すなわち、図６
に示すように、フィラワイヤ４を送ることができる寸法
Ｈは、未溶融部位が凝固壁に達成しない寸法であるの
で、ビーム２が照射される点Ａから凝固壁の点Ｂまでの
長さである。この長さ（寸法）ＨがＤ／ｓｉｎθとなる
ので、この寸法Ｈに基づいて上記Ｖｗ／Ｆ≦２Ｄ／ｓｉ
ｎθと設定した。Therefore, by limiting as described above, the laser beam 2 is set so as to irradiate the filler wire 4 at least twice in one cycle of the trajectory, and the unmelted portion of the filler wire 4 does not reach the solidified wall. Is to do so. In this case, the area that can be melted by the laser beam 2 is almost equal to the diameter D of the keyhole. Therefore, the area where the laser beam 2 hits can be replaced with the diameter D of the keyhole. That is, FIG.
As shown in (2), the dimension H at which the filler wire 4 can be sent is a length from the point A where the beam 2 is irradiated to the point B of the solidified wall since the unmelted portion is a dimension that does not reach the solidified wall. . Since this length (dimension) H is D / sin θ, the above-mentioned Vw / F ≦ 2D / si
nθ was set.

【００３１】以上にこの発明のレーザ溶接方法の具体的
な実施の形態について説明したが、この発明は上記実施
の形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で
種々変更して実施することが可能である。例えば、角度
θとして、６０°以下となる範囲で任意に設定でき、ま
た、レーザビーム２は、図示省略のレーザ発振器から出
力されたレーザ光が放物面鏡等にて集光されてなるもの
であるので、ウィビングさせる場合、図４に示すスキャ
ン装置１４、１５のどちらかに代わり、放物面鏡自体を
揺動（回動）させるものであってもよい。さらに、ウィ
ビングすることなく溶接進行方向に沿ってレーザビーム
２を照射するものであってもよい。Although a specific embodiment of the laser welding method according to the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are made within the scope of the present invention. It is possible. For example, the angle θ can be set arbitrarily within a range of 60 ° or less, and the laser beam 2 is obtained by condensing a laser beam output from a laser oscillator (not shown) with a parabolic mirror or the like. Therefore, when weaving, the parabolic mirror itself may be swung (rotated) instead of one of the scanning devices 14 and 15 shown in FIG. Further, the laser beam 2 may be irradiated along the welding direction without weaving.

【００３２】[0032]

【実施例】実施例１として、図８に示すように、板厚Ｔ
１２ｍｍのＳＳ４００鋼を長さ（Ｌ１）３００ｍｍ、幅
（Ｗ１）７５ｍｍに切り出し、サンドブラストにて酸化
膜を除去して被溶接材（供試材）Ｓを形成し、この被溶
接材Ｓに溶接（ビードオンプレート溶接）を行って、そ
の様子をカメラ２０にて撮影した。この際、フィラワイ
ヤ４の直径を１．２（ｍｍ）、レーザ出力を１５（Ｋ
Ｗ）、溶接速度を１．２（ｍ／ｍｉｎ）、シールドガス
（Ｈｅ）を５０（リットル／ｍｉｎ）として行った。ま
た、フィラワイヤ４の化学組成としては、Ｃ（０．０７
％）、Ｓｉ（０．７％）、Ｍｎ（１．４１％）である。
なお、上記カメラ２０はいわゆる高速度カメラであり、
フィラワイヤ４の溶融挙動を鮮明にするため、高輝度の
レーザ誘起プラズマの影響を排除する目的でバンドパス
フィルタを使用した。また、図８において、矢印は溶接
進行方向を示している。EXAMPLE As Example 1, as shown in FIG.
A 12 mm SS400 steel is cut into a length (L1) of 300 mm and a width (W1) of 75 mm, an oxide film is removed by sandblasting to form a material to be welded (test material) S, and welding to the material to be welded S ( (Bead-on-plate welding), and the state was photographed by the camera 20. At this time, the diameter of the filler wire 4 is 1.2 (mm), and the laser output is 15 (K).
W), the welding speed was 1.2 (m / min), and the shielding gas (He) was 50 (liter / min). The chemical composition of the filler wire 4 is C (0.07
%), Si (0.7%), and Mn (1.41%).
The camera 20 is a so-called high-speed camera,
In order to sharpen the melting behavior of the filler wire 4, a band-pass filter was used in order to eliminate the influence of high-intensity laser-induced plasma. In FIG. 8, the arrows indicate the welding progress direction.

【００３３】そして、ワイヤ送給方向としては、角度θ
が＋４０°と−４０°とし、ワイヤ送給速度を１．４〜
５．６（ｍ／ｍｉｎ）として溶接を行った。その結果を
図９に示した。この図９から分かるように、ワイヤ送給
速度が２．８（ｍ／ｍｉｎ）までは溶込形状に大きな差
異はないが、５．６（ｍ／ｍｉｎ）では前方側から供給
した場合（θ＝−４０°）に、部分的に貫通するのみで
大半が非貫通となり、ワイヤ送給方向による差が現れ
た。そこで、この原因を明らかにするために、レーザ光
とワイヤ先端の距離Ｄｗ（図１０参照）を、送給方向の
違いで比較した。その結果を図１１に示した。これか
ら、フィラワイヤ４を溶接進行方向の前方側から送給し
た場合、すなわち、θ＝−４０°の方が、レーザ光中心
とワイヤ先端の距離Ｄｗが近いことがわかった。これ
は、フィラワイヤ４を溶接進行方向の前方側から送給し
た場合、ワイヤ先端が、母材へと照射されるレーザ光を
遮るため、母材に直接投入されるレーザエネルギーが減
少することを示しており、これが溶込深さを浅くする原
因の一つであると考えられる。また、このθ＝−４０°
の場合、溶融したフィラメタルはキーホールの前方に滴
下するため、キーホール内において、このフィラメタル
に対して再度、ビームが照射されることになる。その際
フィラメタルは余剰な金属となって、板厚が増したよう
になって、溶込み深さが浅くなる場合が多くなるためで
ある。The wire feeding direction is the angle θ.
Is + 40 ° and -40 °, and the wire feeding speed is 1.4 ~
The welding was performed at 5.6 (m / min). The result is shown in FIG. As can be seen from FIG. 9, there is no significant difference in the penetration shape until the wire feeding speed is 2.8 (m / min), but when the wire feeding speed is 5.6 (m / min), the wire is fed from the front side (θ (−40 °), most of the wire did not penetrate, but only partially penetrated. Therefore, in order to clarify the cause, the distance Dw between the laser beam and the tip of the wire (see FIG. 10) was compared based on the difference in the feeding direction. The results are shown in FIG. From this, it was found that the distance Dw between the center of the laser beam and the wire tip is shorter when the filler wire 4 is fed from the front side in the welding traveling direction, that is, when θ = −40 °. This indicates that, when the filler wire 4 is fed from the front side in the welding progress direction, the laser energy applied directly to the base material decreases because the wire tip blocks the laser light applied to the base material. This is considered to be one of the causes of making the penetration depth shallow. Also, θ = −40 °
In this case, the melted filler metal drops in front of the keyhole, so that the filler metal is again irradiated with the beam in the keyhole. At that time, the filler metal becomes excess metal, and the thickness of the filler metal is increased, and the penetration depth is often reduced.

【００３４】また、図１２（ａ）（ｂ）に示すように、
ワイヤ送給速度が１．４ｍ／ｍｉｎの場合、θ＝＋４０
°では、温度が高い部分はレーザ光が当たる前方の他、
下方にも存在し、θ＝−４０°の場合に比べて明部が広
範囲に広がることが分かる。これは、フィラワイヤ４を
後方側から供給した方が反射光、プラズマ、溶融池の輻
射熱等のエネルギーを一段と多く享受しているというこ
とであり、溶融しやすいことを示している。このこと
は、送給速度が速い場合にも成立し、前方からの供給の
場合、ワイヤが溶融しにくい。なお、この図１２におい
て、温度が高い部位を網掛けにて示した。As shown in FIGS. 12A and 12B,
When the wire feeding speed is 1.4 m / min, θ = + 40
°, the high temperature part is in front of the laser beam,
It can be seen that the bright portion also exists below, and the bright portion spreads over a wider range than when θ = −40 °. This means that supplying the filler wire 4 from the rear side receives more energy such as reflected light, plasma, and radiant heat of the molten pool, which indicates that the filler wire 4 is easily melted. This is true even when the feeding speed is high, and in the case of feeding from the front, the wire is hard to melt. In FIG. 12, a portion having a high temperature is shaded.

【００３５】実施例２として、溶接部５を構成する被溶
接材として軟鋼（ＳＳ４００）を使用すると共に、溶接
速度を１．６〜２．８（ｍ／ｍｉｎ）、ワイヤ送給速度
を５．６（ｍ／ｍｉｎ）として溶接を行った。そして、
その実験結果を図１３に示した。この図１３のグラフ図
において、○はＯＫ（精度よく溶接を行えたこと）を示
し、×はＮＧ（フィラワイヤ４が固着する等の欠陥が生
じた）ことを示している。このグラフからθ＞８０Ｖ
^-0.6の範囲では、溶接欠陥が多く、角度６０°を超えた
場合、溶接可能範囲が狭いことがわかる。なお、この実
施例２の他の条件としては、上記実施例１と同様とし
た。As a second embodiment, mild steel (SS400) is used as a material to be welded constituting the welded portion 5, the welding speed is 1.6 to 2.8 (m / min), and the wire feeding speed is 5. The welding was performed at 6 (m / min). And
FIG. 13 shows the results of the experiment. In the graph of FIG. 13, ○ indicates OK (the welding was performed accurately), and X indicates NG (a defect such as sticking of the filler wire 4 has occurred). From this graph, θ> 80V
^In the range of ^-0.6 , there are many welding defects, and when the angle exceeds 60 °, the weldable range is narrow. The other conditions of the second embodiment were the same as those of the first embodiment.

【００３６】次に実施例３として、溶接速度を１．２ｍ
／ｍｉｎとして、ワイヤ送給速度と角度θを変化させて
溶接を行った。この場合、ワイヤ送給速度を１．４〜
５．６ｍ／ｍｉｎとし、角度を±２５〜５５°とし、他
の条件としては、上記実施例１と同様とした。その結果
を図１４に示した。この図１４から分かるように、ワイ
ヤ送給速度が５．６ｍ／ｍｉｎの場合、前方からの送給
（θが−）では貫通しなかった。Next, in Example 3, the welding speed was set to 1.2 m.
/ Min, the welding was performed while changing the wire feeding speed and the angle θ. In this case, the wire feeding speed is set to 1.4 to
5.6 m / min, the angle was set to ± 25 to 55 °, and other conditions were the same as those in Example 1 above. FIG. 14 shows the result. As can be seen from FIG. 14, when the wire feeding speed was 5.6 m / min, the wire did not penetrate when fed from the front (θ is −).

【００３７】また、実施例４として、上記角度θを４５
°とし、ウィビング周波数とワイヤ送給速度との関係を
調べ、その結果を図１５に示した。この図１５におい
て、横軸をウィビング周波数Ｆ（Ｈｚ）とし、縦軸をワ
イヤ送給速度Ｖｗ（ｍｍ／ｓｅｃ）とした。この場合、
ビーム直径を０．７（ｍｍ）〜１．０（ｍｍ）位に設定
することにより、キーホール直径Ｄを１．５（ｍｍ）程
度に設定し、さらに溶接速度としては、１（ｍ／ｍｉ
ｎ）に設定した。ここで、ビーム直径とは、１／ｅ ²の
エネルギーが含まれる径をいう。この図１５のグラフか
ら、Ｖｗ／Ｆ＝３．０（ｍｍ／回）以下の範囲１０が溶
接可能範囲となることがわかる。なお、上記条件におい
ては、ウィビングさせる際のウィビング周波数として
は、２５Ｈｚ以上に設定するのが好ましい。２５Ｈｚ未
満では、フィラワイヤ４の未溶融部位が凝固壁に到達す
るおそれが高く、スティッキングを防止することが困難
となるからである。In the fourth embodiment, the angle θ is set to 45.
° and the relationship between the weaving frequency and the wire feeding speed
Investigation and the results are shown in FIG. In this figure 15
The horizontal axis represents the weaving frequency F (Hz), and the vertical axis represents the waving frequency.
The ear feeding speed was set to Vw (mm / sec). in this case,
Set the beam diameter to 0.7 (mm) to 1.0 (mm)
By doing so, the keyhole diameter D becomes about 1.5 (mm).
And the welding speed is set to 1 (m / mi
n). Here, the beam diameter is 1 / e ^Twoof
A diameter that contains energy. Is this the graph in Figure 15?
Range 10 below Vw / F = 3.0 (mm / times)
It can be seen that it is within the accessible range. Note that the above conditions
The weaving frequency when weaving
Is preferably set to 25 Hz or more. 25Hz not
When full, the unmelted portion of the filler wire 4 reaches the solidified wall.
High risk of sticking
This is because

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】この発明のレーザ溶接方法の実施形態を示す簡
略図である。FIG. 1 is a simplified diagram showing an embodiment of a laser welding method according to the present invention.

【図２】上記レーザ溶接方法よる溶接状態を示す簡略図
である。FIG. 2 is a simplified diagram showing a welding state according to the laser welding method.

【図３】上記レーザ溶接方法よる溶接状態を示す簡略図
である。FIG. 3 is a simplified diagram showing a welding state by the laser welding method.

【図４】上記レーザ溶接方法に使用するスキャン装置の
簡略図である。FIG. 4 is a simplified diagram of a scanning device used in the laser welding method.

【図５】上記レーザ溶接方法によるウィビングの軌跡を
示す平面図である。FIG. 5 is a plan view showing a locus of weaving by the laser welding method.

【図６】上記レーザ溶接方法のレーザビームのビーム軸
の送給量を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing a feed amount of a beam axis of a laser beam in the laser welding method.

【図７】フィラワイヤの送給方向とレーザビームのビー
ム軸との成す角度を設定しない場合の欠点説明図であ
る。FIG. 7 is an explanatory view of a defect in a case where an angle between a feed direction of a filler wire and a beam axis of a laser beam is not set.

【図８】実施例１の溶接方法を示す簡略斜視図である。FIG. 8 is a simplified perspective view showing a welding method according to the first embodiment.

【図９】実施例１にて形成された溶接部の断面図であ
る。FIG. 9 is a cross-sectional view of a weld formed in the first embodiment.

【図１０】レーザ光とワイヤ先端との間の距離の定義説
明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram of a definition of a distance between a laser beam and a wire tip.

【図１１】送給方向を相違させた場合のレーザ光とワイ
ヤ先端との間の距離を示すグラフ図である。FIG. 11 is a graph showing the distance between the laser beam and the tip of the wire when the feeding direction is changed.

【図１２】実施例１の溶接状態を示し、（ａ）はθ＝−
４０°である場合の簡略図であり、（ｂ）はθ＝＋４０
°である場合の簡略図である。FIG. 12 shows a welding state of Example 1, in which (a) represents θ = −
It is a simplified diagram in the case of 40 degrees, (b) is (theta) = + 40
FIG.

【図１３】実施例２のレーザ溶接方法の溶接速度とワイ
ヤ挿入角度との関係を示すグラフ図である。FIG. 13 is a graph showing a relationship between a welding speed and a wire insertion angle in the laser welding method according to the second embodiment.

【図１４】実施例３のワイヤ送給速度と角度との関係を
示すグラフ図である。FIG. 14 is a graph illustrating a relationship between a wire feeding speed and an angle according to the third embodiment.

【図１５】実施例４のレーザ溶接方法のウィビング周波
数とワイヤ送給速度との関係を示すグラフ図である。FIG. 15 is a graph showing a relationship between a weaving frequency and a wire feeding speed in the laser welding method according to the fourth embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

２ レーザビーム ４ フィラワイヤ ５ 溶接部 Ｌ ビーム軸 2 laser beam 4 filler wire 5 weld L beam axis

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鮫島 泰郎 大阪府枚方市上野３丁目１番１号 株式会 社小松製作所生産技術開発センタ内 (72)発明者 正村 彰敏 大阪府枚方市上野３丁目１番１号 株式会 社小松製作所生産技術開発センタ内 Ｆターム(参考） 4E068 BA06 CE03  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Yasuo Samejima 3-1-1 Ueno, Hirakata-shi, Osaka Inside the Production Technology Development Center, Komatsu Ltd. (72) Inventor Akitoshi Masamura 3-chome, Ueno, Hirakata-shi, Osaka No. 1-1 F-term in Komatsu Manufacturing Technology Development Center Co., Ltd. (Reference) 4E068 BA06 CE03

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 レーザビームを溶接部に照射しつつフィ
ラワイヤをこの溶接部に送給するレーザ溶接方法であっ
て、上記フィラワイヤの送給方向と上記レーザビームの
ビーム軸との成す角度を（θ）とし、溶接速度を（Ｖ）
としたときに、θ≦８０Ｖ^-0.6となるように、このフィ
ラワイヤを送給することを特徴とするレーザ溶接方法。1. A laser welding method for feeding a filler wire to a welded portion while irradiating the welded portion with a laser beam, wherein an angle formed between a direction in which the filler wire is fed and a beam axis of the laser beam is (θ). ) And the welding speed is (V)
Wherein the filler wire is fed such that θ ≦ 80V ^−0.6 . 【請求項２】 レーザビームを溶接部に照射しつつフィ
ラワイヤをこの溶接部に送給するレーザ溶接方法であっ
て、上記フィラワイヤを、その送給方向と上記レーザビ
ームのビーム軸との成す角度が６０°以下となるよう
に、溶接進行方向の前方または後方側から斜めに送給す
ることを特徴とするレーザ溶接方法。2. A laser welding method for feeding a filler wire to a welding portion while irradiating the welding portion with a laser beam, wherein an angle between the direction in which the filler wire is fed and a beam axis of the laser beam is formed. A laser welding method characterized in that the laser beam is fed obliquely from the front or rear side in the welding progress direction so as to be 60 ° or less. 【請求項３】 上記送給方向とレーザビームのビーム軸
との成す角度を４５°以下とすることを特徴とする請求
項２のレーザ溶接方法。3. The laser welding method according to claim 2, wherein the angle between the feeding direction and the beam axis of the laser beam is set to 45 ° or less. 【請求項４】 上記フィラワイヤを上記レーザビームよ
りも溶接進行方向後方側から送給することを特徴とする
請求項１〜請求項３のいずれかのレーザ溶接方法。4. The laser welding method according to claim 1, wherein the filler wire is fed from a rear side of the laser beam in a welding traveling direction. 【請求項５】 上記レーザビームを、溶接進行方向に対
して略直交する方向にウィビングさせることを特徴とす
る請求項１〜請求項４のいずれかのレーザ溶接方法。5. The laser welding method according to claim 1, wherein the laser beam is wigged in a direction substantially perpendicular to a welding progress direction. 【請求項６】 上記ビーム軸とフィラワイヤの送給方向
との成す角度を（θ）とし、キーホール直径を（Ｄ）と
し、上記フィラワイヤの送り速度を（Ｖｗ）とし、上記
レーザビームのウィビング周波数を（Ｆ）としたとき
に、Ｖｗ／Ｆ≦２Ｄ／ｓｉｎθとすることを特徴とする
請求項５のレーザ溶接方法。6. An angle between the beam axis and the direction in which the filler wire is fed is (θ), a keyhole diameter is (D), a feed speed of the filler wire is (Vw), and a weaving frequency of the laser beam. 6. The laser welding method according to claim 5, wherein Vw / F ≦ 2D / sin θ is satisfied when (F) is satisfied. 【請求項７】 レーザビームを溶接部に照射しつつフィ
ラワイヤを溶接部に送給するレーザ溶接方法であって、
上記フィラワイヤを、溶接進行方向の後方側から斜めに
送給することを特徴とするレーザ溶接方法。7. A laser welding method for feeding a filler wire to a welding portion while irradiating the welding portion with a laser beam,
A laser welding method, wherein the filler wire is fed obliquely from the rear side in the welding progress direction.