JP2006075847A - Hybrid welding method by laser beam and arc - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザ溶接とガスシールドメタルアーク溶接とを同一溶接点で同時に行う、レーザとアークのハイブリッド溶接に関する。 The present invention relates to laser and arc hybrid welding in which laser welding and gas shield metal arc welding are simultaneously performed at the same welding point.
従来、アーク溶接が用いられていた構造物の溶接に、レーザ溶接が用いられるようになった。レーザ溶接はアーク溶接に比べ、溶け込み深さが大きく、また、入熱が小さいので熱変形が小さく、高速で溶接できるという利点がある。一方、レーザ溶接には、溶接部幅が狭いので、隙間のある溶接継ぎ手では溶け落ちが発生しやすいという問題点もある。一方、かかる溶け落ちの問題に関しては、溶融部幅が大きいアーク溶接継ぎ手は有利である。そこで、両者の特徴を生かすべく、レーザとガスシールドメタルアークを組み合わせたハイブリッド溶接の技術が特許文献１に提案されている。 Conventionally, laser welding has come to be used for welding structures that used arc welding. Compared with arc welding, laser welding has the advantage that the penetration depth is large and the heat input is small, so that thermal deformation is small and welding can be performed at high speed. On the other hand, laser welding has a problem that since the weld width is narrow, a weld joint having a gap is likely to melt. On the other hand, with respect to the problem of such burn-through, an arc welding joint having a large melt zone width is advantageous. Therefore, Patent Document 1 proposes a hybrid welding technique combining a laser and a gas shielded metal arc in order to take advantage of both features.
この特許文献１では、シールドガスとして、
アルゴンガス（Ａｒ）等の不活性ガス
Ａｒに二酸化炭素ガス（ＣＯ２）を１０〜１００％の範囲で混合させたガス
Ａｒ中に水素ガス（Ｈ２）あるいはヘリウムガス（Ｈｅ）を２〜２０％の範囲で混合させたガス
が使用される、と記載されている（００３９段落）。しかし、このような成分のガスでは、実用上は、後述するスパッタの問題や、高速溶接時のビード安定性の問題がある。
In this patent document 1, as shielding gas,
Inert gas such as argon gas (Ar) Ar gas mixed with carbon dioxide gas (CO 2 ) in a range of 10 to 100% Ar gas containing hydrogen gas (H 2 ) or helium gas (He) 2 to 20 % Gas is used (paragraph 0039). However, with such a component gas, there are practically problems of sputtering, which will be described later, and problems of bead stability during high-speed welding.
ハイブリッド溶接としては２種類あり、レーザ溶接にＴＩＧ溶接やプラズマ溶接のような非消耗電極式アーク溶接（ガスシールドアーク溶接）を組み合わせるタイプと、ＭＩＧ溶接や炭酸ガスアーク溶接やＭＡＧ溶接のような消耗電極式アーク溶接（ガスシールドメタルアーク溶接）を組み合わせるタイプがある。 There are two types of hybrid welding, a type that combines laser welding with non-consumable electrode arc welding (gas shielded arc welding) such as TIG welding and plasma welding, and consumable electrodes such as MIG welding, carbon dioxide arc welding, and MAG welding. There is a type that combines type arc welding (gas shield metal arc welding).
非溶接箇所の隙間を埋めるには、溶接部に溶着金属（フィラーメタル）を供給する必要がある。その点、後者のガスシールドメタルアーク溶接はワイヤが電極も兼ねており、溶着金属が供給されながら溶接が進行するので、効果的である。一方、前者のガスシールドアーク溶接は溶着金属を供給するためには、溶接トーチとは別にフィラーワイヤを供給する装置を設ける必要がある。この方法は、溶着能率（量）の面で不利であり、また、トーチも複雑であるという欠点を有する。 In order to fill the gaps between the non-welded locations, it is necessary to supply a weld metal (filler metal) to the welded portion. In that respect, the latter gas shield metal arc welding is effective because the wire also serves as an electrode and the welding proceeds while the weld metal is supplied. On the other hand, in the former gas shielded arc welding, in order to supply the weld metal, it is necessary to provide a device for supplying a filler wire in addition to the welding torch. This method is disadvantageous in terms of welding efficiency (quantity) and has a disadvantage that the torch is complicated.
ガスシールドメタルアーク溶接とレーザとのハイブリッド溶接の第一の問題点はスパッタである。ここに「スパッタ」とは、主に溶接中に周囲に飛散する金属粒やスラグのことである。スパッタが発生すると、レーザの保護ガラスに付着し、レーザ光が減衰したり、また、ガラスが操業中に破損したりする。そのため、部品交換のために頻繁な手間がかかりまたコストもかかる。 The first problem of hybrid welding of gas shielded metal arc welding and laser is sputtering. Here, “spatter” is mainly metal particles and slag scattered around during welding. When spatter is generated, it adheres to the protective glass of the laser and the laser beam is attenuated, or the glass is broken during operation. For this reason, it takes a lot of trouble and cost for parts replacement.
また、ガスシールドメタルアーク溶接とレーザとのハイブリッド溶接の第二の問題点は、溶接速度である。溶接速度が４ｍ／ｍｉｎ．程度が現在の限界である。４ｍ／ｍｉｎ．程度以上の高速になると溶接ビード幅が不揃いとなったり、途中で途切れたりする問題がある。 The second problem of the hybrid welding of gas shielded metal arc welding and laser is the welding speed. The welding speed is 4 m / min. The degree is the current limit. 4 m / min. When the speed is higher than the above level, there is a problem that the weld bead width becomes uneven or is interrupted in the middle.
そこで、本発明は、ガスシールドメタルアーク溶接とレーザのハイブリッド溶接において、スパッタの発生を抑制し、高速溶接を行っても安定したビード幅を得ることが可能なレーザとアークのハイブリッド溶接方法を提供することを課題とする。 Therefore, the present invention provides a laser and arc hybrid welding method capable of suppressing spatter generation and obtaining a stable bead width even when high-speed welding is performed in gas shield metal arc welding and laser hybrid welding. The task is to do.
本願発明者は、ガスシールドメタルアーク溶接とレーザ溶接とのハイブリッド溶接において、シールドガスに所定量以上の酸素ガス（Ｏ２）を含み、残部が全体に対し二酸化炭素ガス（ＣＯ２）が１０体積％以下でその残部が不活性ガス、または不活性ガスと水素ガス（Ｈ２）との混合ガスを用いると、アークが安定し、さらにレーザとアークで形成された溶融池が安定するため、溶接ビードが高速でも安定して形成され、また、スパッタも減少することを知見し、本発明を完成するに至った。 In the hybrid welding of gas shield metal arc welding and laser welding, the inventor of the present application contains a predetermined amount or more of oxygen gas (O 2 ) in the shield gas, and the balance is 10 volumes of carbon dioxide gas (CO 2 ) with respect to the whole. % Or less, and the balance is inert gas or a mixed gas of inert gas and hydrogen gas (H 2 ), the arc becomes stable, and the weld pool formed by the laser and arc becomes stable. The inventors have found that beads can be stably formed even at high speed and that spatter is reduced, and the present invention has been completed.
かくして、請求項１の発明は、レーザ溶接と消耗電極式アーク溶接とを同一箇所で同時に実施するレーザとアークのハイブリッド溶接法において、シールドガスとして、酸素ガス（Ｏ２）を少なくとも２体積％含み、かつ、酸素ガスと二酸化炭素ガス（ＣＯ２）の合計が６体積％以上、かつ二酸化炭素ガスが１０体積％以下であり、残部は実質的に不活性ガス、または不活性ガスと水素ガス（Ｈ２）との混合ガス、または不活性ガスと窒素ガス（Ｎ２）との混合ガス、または不活性ガスと水素ガスと窒素ガスとの混合ガス、からなることを特徴とする、ハイブリッド溶接方法により前記課題を解決する。ここに、「消耗電極式アーク溶接」は、「ガスシールドメタルアーク溶接」と同義である。 Thus, the invention of claim 1 includes at least 2% by volume of oxygen gas (O 2 ) as a shielding gas in a laser / arc hybrid welding method in which laser welding and consumable electrode arc welding are simultaneously performed at the same location. And the total of oxygen gas and carbon dioxide gas (CO 2 ) is 6% by volume or more and carbon dioxide gas is 10% by volume or less, and the balance is substantially inert gas or inert gas and hydrogen gas ( H 2 ), a mixed gas of inert gas and nitrogen gas (N 2 ), or a mixed gas of inert gas, hydrogen gas, and nitrogen gas, and a hybrid welding method The above-described problem is solved. Here, “consumable electrode arc welding” is synonymous with “gas shield metal arc welding”.
この発明によれば、安定したビードを形成するとともに、スパッタの少ない溶接を行うことができ、４ｍ／ｍｉｎ．程度以上の高速溶接も可能である。 According to the present invention, a stable bead can be formed and welding with less spatter can be performed, and 4 m / min. High-speed welding at a degree higher than that is possible.
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のハイブリッド溶接法において、酸素ガスは、シールドガス全体の５０体積％以下であることを特徴とする。
The invention according to
この発明によれば、ヒュームの発生を抑制し、また溶接ビード表面が酸化スケールにより厚く覆われるのを防止することが可能となる。 According to this invention, generation | occurrence | production of a fume can be suppressed and it becomes possible to prevent that the weld bead surface is thickly covered with an oxide scale.
請求項３に記載の発明は、請求項１または２記載のハイブリッド溶接法において、シールドガスは、酸素ガスを１０体積％以上２０体積％以下を含み、二酸化炭素ガスが１０体積％以下、残部は実質的に不活性ガス、または不活性ガスと水素ガスとの混合ガス、からなることを特徴とする。 The invention according to claim 3 is the hybrid welding method according to claim 1 or 2, wherein the shield gas contains 10% by volume or more and 20% by volume or less of oxygen gas, carbon dioxide gas is 10% by volume or less, and the balance is It consists essentially of an inert gas or a mixed gas of an inert gas and hydrogen gas.
この発明によれば、上記効果を著しく高めることができる。 According to the present invention, the above effect can be remarkably enhanced.
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載のハイブリッド溶接方法において、消耗電極式アーク溶接にパルス電流を用いることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the hybrid welding method according to any one of the first to third aspects, a pulse current is used for consumable electrode arc welding.
この発明によれば、交流電流や直流定電流を使用した場合と比較して、ビードをさらに安定させ、かつスパッタの少ない溶接を実現することができる。 According to this invention, as compared with the case where an alternating current or a constant direct current is used, it is possible to further stabilize the bead and realize welding with less spatter.
請求項５に記載の発明は、鋼材に対して、請求項１〜４のいずれかのハイブリッド溶接方法を施して得られた溶接鋼材である。 The invention according to claim 5 is a welded steel material obtained by applying the hybrid welding method according to any one of claims 1 to 4 to the steel material.
本発明により、ガスシールドメタルアーク溶接とレーザ溶接を組み合わせるハイブリッド溶接のスパッタを低減し、ビードを安定させて、溶接速度を向上させることができる。 According to the present invention, spatter of hybrid welding combining gas shield metal arc welding and laser welding can be reduced, the bead can be stabilized, and the welding speed can be improved.
本発明のこのような作用及び利得は、次に説明する発明を実施するための最良の形態から明らかにされる。 Such an operation and gain of the present invention will be made clear from the best mode for carrying out the invention described below.
以下においても、シールドガス成分の％表示は、すべて体積％を表すものとする。 In the following description, all the% indications of the shielding gas component represent volume%.
＜シールドガス成分＞
シールドガスには、酸素ガス（Ｏ２）が少なくとも２％以上で、酸素ガスと二酸化炭素ガス（ＣＯ２）の合計が６％以上含まれる必要がある。二酸化炭素ガスを含まない場合には、酸素ガスが６％以上含まれる必要がある。含まれる酸素ガスの量は二酸化炭素ガス含有量に関わらず、８％以上であることが好ましい。より好ましくは１０％以上である。
<Shield gas component>
The shield gas needs to contain at least 2% oxygen gas (O 2 ) and 6% or more total of oxygen gas and carbon dioxide gas (CO 2 ). When carbon dioxide gas is not included, oxygen gas needs to be included at 6% or more. The amount of oxygen gas contained is preferably 8% or more regardless of the carbon dioxide gas content. More preferably, it is 10% or more.
また、その残部はアルゴンガス（Ａｒ）や、ヘリウムガス（Ｈｅ）などの不活性ガス、または水素ガス（Ｈ２）と窒素ガスの１種以上と不活性ガスとの混合ガスで構成される必要がある。アルゴンガスのような不活性ガス単独で溶接する場合は、シールドガスから酸素ガスが供給されないため、下記実施例１の考察で推定するように、表面張力低下効果が小さいと推定され、溶接速度の増加やスパッタ低減には有効ではない。そのため、シールドガスには酸化性ガスを添加する必要がある。 Further, the remainder needs to be composed of an inert gas such as argon gas (Ar) or helium gas (He), or a mixed gas of at least one of hydrogen gas (H 2 ) and nitrogen gas and an inert gas. There is. When welding with an inert gas such as argon gas alone, oxygen gas is not supplied from the shield gas, so as estimated in the discussion of Example 1 below, it is estimated that the effect of reducing the surface tension is small, and the welding speed is reduced. It is not effective for increasing or reducing spatter. Therefore, it is necessary to add an oxidizing gas to the shielding gas.
酸化性ガスとしては酸素ガスの他に二酸化炭素ガスが工業的には使用される。二酸化炭素ガスはアーク中で酸素ガスと一酸化炭素ガス（ＣＯ）等に分解するので酸素ガスの供給源となる。酸素ガスと二酸化炭素ガスの合計が６％未満では、ガスの酸化力が弱いためにアークや溶融池が不安定となる。 In addition to oxygen gas, carbon dioxide gas is industrially used as the oxidizing gas. Since carbon dioxide gas is decomposed into oxygen gas and carbon monoxide gas (CO) in the arc, it becomes a supply source of oxygen gas. If the total of oxygen gas and carbon dioxide gas is less than 6%, the arc and the molten pool become unstable because the oxidizing power of the gas is weak.
酸素ガスと二酸化炭素ガスの合計が６％以上であっても二酸化炭素ガスがほとんどの濃度を占める場合はアークや溶融池は不安定となる。その理由は、二酸化炭素ガスは酸化力が酸素ガスに比べて低いためである。酸化力を高めるために二酸化炭素ガスの添加量を増加させると、後述するようにスパッタの発生原因となる。例えば、二酸化炭素ガス単独添加ではアークや溶融池の安定化とスパッタの少ない条件を両立することができない。従って、二酸化炭素ガス量を制限するとともに、酸化力の強い酸素ガスが少なくとも２％以上は必要である。 Even if the total of oxygen gas and carbon dioxide gas is 6% or more, when carbon dioxide gas occupies most concentration, the arc and the molten pool become unstable. The reason is that carbon dioxide gas has lower oxidizing power than oxygen gas. Increasing the amount of carbon dioxide gas added to increase the oxidizing power causes spattering as will be described later. For example, the addition of carbon dioxide gas alone cannot satisfy both the stabilization of the arc and the molten pool and the low spatter conditions. Therefore, it is necessary to limit the amount of carbon dioxide gas and at least 2% oxygen gas with strong oxidizing power.
シールドガス中の酸素ガスの上限は、好ましくは５０％、より好ましくは２０％である。シールドガス中の酸素ガスが多すぎるとヒュームが多量に発生したり、溶接ビード表面が酸化スケールに厚く覆われるようになったりするため、外観品質を損ねる。 The upper limit of oxygen gas in the shielding gas is preferably 50%, more preferably 20%. If there is too much oxygen gas in the shielding gas, a large amount of fume is generated or the surface of the weld bead is covered with a thick oxide scale, which deteriorates the appearance quality.
また、二酸化炭素ガスは１０％以下とする。シールドガス中の二酸化炭素ガス量はより好ましくは５％以下である。シールドガス中の二酸化炭素ガスはアーク中で分解して酸素の供給源となると同時に、分解して生成した一酸化炭素ガスがスパッタ発生を促進するガスであるので、それ以上含まれると、スパッタが多く発生し、また、高速溶接では溶接ビードが不安定となる虞がある。 Carbon dioxide gas is 10% or less. The amount of carbon dioxide gas in the shield gas is more preferably 5% or less. The carbon dioxide gas in the shield gas is decomposed in the arc to become a supply source of oxygen, and at the same time, the carbon monoxide gas generated by decomposition is a gas that promotes spatter generation. In many cases, the welding bead may become unstable in high-speed welding.
シールドガスの成分として、酸素ガスや二酸化炭素ガス以外の残部を構成するガスとしては、上記のようにアルゴンガスやヘリウムガス等の不活性ガス、または水素ガスと窒素ガスの１種以上と不活性ガスとの混合ガスが使用可能である。なお、窒素ガスは炭素鋼の溶接においてはブローホールの原因となるので多量には含まれない方が溶接品質上好ましい。一方、ステンレス鋼の溶接の場合は溶接金属への窒素添加のために、シールドガス中に窒素を混合する場合がある。窒素含有量は1０％以下とするのが望ましい。 As a component of the shielding gas, the remaining gas other than oxygen gas or carbon dioxide gas is inert with one or more of inert gas such as argon gas and helium gas, or hydrogen gas and nitrogen gas as described above. A gas mixture with gas can be used. Nitrogen gas causes blowholes in the welding of carbon steel, so it is preferable not to include a large amount in terms of welding quality. On the other hand, in the case of stainless steel welding, nitrogen may be mixed in the shielding gas in order to add nitrogen to the weld metal. The nitrogen content is desirably 10% or less.
本発明のハイブリッド溶接方法においては、シールドガス成分として１０％〜２０％の酸素ガスを含有し、残部が実質的にアルゴンガス、ヘリウムガスおよび水素ガスの１種または２種以上であることが、より好ましい。 In the hybrid welding method of the present invention, it contains 10% to 20% oxygen gas as a shielding gas component, and the balance is substantially one or more of argon gas, helium gas and hydrogen gas, More preferred.
＜ガスの供給方法＞
シールドガスは、図１のように、アーク溶接トーチ１から流す方法や、図２のようにアーク溶接トーチとは別にガスノズル２を設けてガスを供給する方法のいずれでも良い。また、図３のようにアーク溶接トーチ３ａ、及び別のガスノズル３ｂから同時に流してもよい。この場合、アーク溶接トーチ３ａからのガスと、別のガスノズル３ｂからのガスとの合計の組成が本発明に規定する範囲内であれば、効果が得られる。たとえば、溶接トーチ３ａからアルゴンガス ８０％、酸素ガス ２０％、流量２０Ｌ／ｍｉｎ．、ガスノズル３ｂからアルゴンガス １００％、流量２０Ｌ／ｍｉｎ．で流されている場合は、合計のガス組成はアルゴンガス ９０％、酸素ガス １０％となり、本発明の規定する範囲内となるので、本発明の効果が得られる。
<Gas supply method>
The shielding gas may be either a method of flowing from the arc welding torch 1 as shown in FIG. 1 or a method of supplying gas by providing the
アーク溶接トーチから供給する方法は、ハイブリッド溶接ヘッドがシンプルになるというメリットを有する。一方、別のノズルを用いる方法は、アーク溶接トーチとはレーザを挟んで反対方向からガスを供給する方法が効果的である。理由はアーク溶接による溶滴がレーザ直下に進入するのをガスの圧力で阻止する効果があるためと考えられる。 The method of supplying from the arc welding torch has the advantage that the hybrid welding head is simplified. On the other hand, a method using another nozzle is effective in that gas is supplied from the opposite direction across the laser with respect to the arc welding torch. The reason is considered to be the effect of preventing the droplets caused by arc welding from entering directly under the laser by the gas pressure.
ガス流量は特に規定しない。通常のハイブリッド溶接では、１０〜５０Ｌ／ｍｉｎ．程度が設定される流量である。 The gas flow rate is not specified. In normal hybrid welding, 10 to 50 L / min. The degree is the set flow rate.
ガスの吹きつけ位置は規定しない。実質的に溶接部がシールドされるように溶接部に吹きつけられていればよい。 The gas blowing position is not specified. What is necessary is just to be sprayed on a welding part so that a welding part may be shielded substantially.
＜対象金属材料＞
被溶接材は、炭素鋼、ステンレス鋼など鉄を主成分とする鋼材を対象とする。なお、表面に亜鉛めっきなどのめっきを施した表面処理鋼材を対象とすることができる。
<Target metal material>
The materials to be welded are steel materials mainly composed of iron such as carbon steel and stainless steel. In addition, the surface treatment steel materials which gave plating, such as zinc plating, to the surface can be made into object.
＜溶接ワイヤ＞
溶接ワイヤは、通常の炭素鋼のガスシールドメタルアーク溶接に用いられるワイヤが使用可能である。このワイヤは、もともと脱酸元素である珪素（Ｓｉ）と、マンガン（Ｍｎ）が含まれており、酸化性ガスを用いる本発明のシールドガスにも適したワイヤである。
<Welding wire>
As the welding wire, a wire used for gas shielding metal arc welding of ordinary carbon steel can be used. This wire originally contains silicon (Si), which is a deoxidizing element, and manganese (Mn), and is suitable for the shielding gas of the present invention using an oxidizing gas.
＜レーザの種類＞
ガスシールドメタルアーク溶接と組み合わせるレーザはＹＡＧレーザ、ＣＯ２レーザ、半導体レーザ等、金属加工に用いることのできるレーザであればどのようなレーザも使用可能である。
<Laser type>
As the laser combined with gas shield metal arc welding, any laser can be used as long as it can be used for metal processing, such as a YAG laser, a CO 2 laser, and a semiconductor laser.
＜ガスシールドメタルアーク溶接電源（電流形式）＞
溶接電流形式は、直流定電流、交流、いずれも使用可能であるが、パルス電流が好ましい。パルス幅は、０．５〜２．５ｍｓｅｃとすることが好ましい。このようなシールドガス組成では、パルス電流によりアークが安定するため、スパッタも減り、溶接ビードも安定するからである。
<Gas shield metal arc welding power source (current type)>
As the welding current format, either DC constant current or AC can be used, but pulsed current is preferable. The pulse width is preferably 0.5 to 2.5 msec. This is because with such a shield gas composition, the arc is stabilized by the pulse current, so that the spatter is reduced and the weld bead is also stabilized.
（実施例１）
ガスシールドメタルアーク溶接とＹＡＧレーザのハイブリッド溶接でシールドガスを変化させて溶接ビードの安定性とスパッタ量を調査した。その詳細条件を以下に示す。
〈試験条件〉
母材
材質：熱延鋼板（ＳＰＨ２７０Ｃ）
板厚：１．４ｍｍ
溶接種類
突き合わせ溶接
溶接条件
速度：５ｍ／ｍｉｎ．
レーザ条件
レーザ入射角：鉛直
出力：２ｋＷ
焦点距離：２００ｍｍ
焦点位置：ワーク表面
アーク条件
平均アーク電流：２００Ａ
電圧：約２５Ｖ
電流：パルス電流
（パルス条件：パルス電流４００Ａ、パルス幅１．５ｍｓｅｃ）
ワイヤ：ＪＩＳ−ＹＧＷ１２ 直径０．９ｍｍ
アーク溶接トーチ角度：鉛直に対して２０度前進角
アーク狙い位置：レーザの後方３ｍｍ
シールドガス供給方法
アーク溶接用トーチノズル（内径２０ｍｍ）から供給
〈評価方法〉溶接ビード安定度（均一性）は１００ｍの溶接ビード中での、最も狭い部分の幅：Ｗｍｉｎと最も広い部分の幅：Ｗｍａｘを測定し、Ｗｍｉｎ／Ｗｍａｘを求めた。この数字が１に近いほどビードが安定していることを示す。０はビードが連続的に形成されていないことを示す。スパッタ量は目視にて５段階評価した。１が最も少なく５が最も多い。表１に結果を示す。
Example 1
The stability of the weld bead and the amount of spatter were investigated by changing the shield gas by hybrid welding of gas shield metal arc welding and YAG laser. The detailed conditions are shown below.
<Test conditions>
Base material Material: Hot rolled steel sheet (SPH270C)
Thickness: 1.4mm
Welding type Butt welding Welding conditions Speed: 5 m / min.
Laser conditions Laser incident angle: Vertical Output: 2kW
Focal length: 200mm
Focus position: Work surface Arc condition Average arc current: 200A
Voltage: about 25V
Current: Pulse current
(Pulse conditions: Pulse current 400A, pulse width 1.5msec)
Wire: JIS-YGW12 diameter 0.9mm
Arc welding torch angle: 20 degree advance angle with respect to vertical Arc target position: 3 mm behind laser
Shielding gas supply method Supply from arc welding torch nozzle (inner diameter 20 mm) <Evaluation method> The weld bead stability (uniformity) is 100m in the weld bead. The narrowest part width: Wmin and the widest part width: Wmax Was measured to determine Wmin / Wmax. The closer this number is to 1, the more stable the bead is. 0 indicates that beads are not continuously formed. The amount of spatter was visually evaluated in five stages. 1 is the least and 5 is the most. Table 1 shows the results.
一方、酸素ガスを単独で添加したガスの場合、２％添加ではビードの安定性が劣る（条件５）。６％以上の添加で大きく高速溶接時のビード安定性が改善される（条件６〜９）。特に、酸素ガス：１０％でビード安定性は最良であった。 On the other hand, in the case of a gas added with oxygen gas alone, the stability of the bead is inferior at 2% addition (condition 5). Addition of 6% or more greatly improves bead stability during high-speed welding (Conditions 6 to 9). In particular, the bead stability was the best with oxygen gas: 10%.
スパッタ量に関しては、酸素ガス：６％〜１０％が最良で（条件６〜８）、４０％では増加の傾向にある（条件９）が、（アルゴンガス＋二酸化炭素ガス）系に比べ非常に低い。 As for the amount of sputtering, oxygen gas: 6% to 10% is best (conditions 6 to 8), and 40% tends to increase (condition 9), but very much compared to the (argon gas + carbon dioxide gas) system. Low.
この理由は以下のように推定される。すなわち、ハイブリッド溶接の場合、スパッタの発生原因は、溶接ワイヤの先端が溶融池に接触することや、溶滴先端にレーザが照射され、急激に気化蒸発し、飛び散ることにあると考えられる。シールドガスへの酸素ガスの適正量の単独添加、あるいは適正量の酸素ガスと二酸化炭素ガスとの添加によって溶滴先端の表面張力が下がり、安定して溶滴が移行するため、スパッタの発生が少なくなるものと推定される。また、レーザ光により酸素ガスが活性化され、アーク溶接の溶滴移行や溶融池の安定性に有効に寄与していると考えられる。これらの結果、アークが安定しているので、溶接速度を高速化してもビードが安定しているものと考えられる。 The reason for this is estimated as follows. That is, in the case of hybrid welding, the cause of spatter is considered to be that the tip of the welding wire comes into contact with the molten pool, or that the tip of the droplet is irradiated with a laser, vaporizes and evaporates, and scatters. Sputtering occurs because the surface tension at the tip of the droplet is lowered by the addition of an appropriate amount of oxygen gas to the shield gas alone, or the addition of an appropriate amount of oxygen gas and carbon dioxide gas, and the droplet moves stably. It is estimated that it will decrease. Further, it is considered that the oxygen gas is activated by the laser beam and contributes effectively to the droplet transfer of the arc welding and the stability of the molten pool. As a result, since the arc is stable, it is considered that the bead is stable even if the welding speed is increased.
（実施例２）
シールドガスの組成、供給方法、及び流量、並びに電流形式を変化させて実施例１と同様の評価を行った。その詳細な条件を以下に示す。
(Example 2)
The same evaluation as in Example 1 was performed by changing the composition, supply method, flow rate, and current type of the shield gas. The detailed conditions are shown below.
＜試験条件＞
母材
材質：熱延鋼板（ＳＰＨ２７０Ｃ）
板厚：１．４ｍｍ
溶接種類
突き合わせ溶接
溶接条件
速度：５ｍ／ｍｉｎ．
レーザ条件
レーザ入射角：鉛直
出力：２ｋＷ
焦点距離：２００ｍｍ
焦点位置：ワーク表面
アーク条件
平均アーク電流：２００Ａ（直流、パルス電流共通）
電圧：約２５Ｖ
電流：直流またはパルス電流
（パルス条件：パルス電流４００Ａ、パルス幅１．５ｍｓｅｃ）
ワイヤ：ＪＩＳ−ＹＧＷ１２ 直径０．９ｍｍ
アーク溶接トーチ角度：鉛直に対して２０度前進角
アーク狙い位置：レーザの後方３ｍｍ
シールドガス供給方法
アーク溶接用トーチノズル（内径２０ｍｍ）（条件１０〜１６、２２）、または、溶接部前方４５度方向からの内径１０ｍｍのガス専用ノズル（条件１７、１８）のいずれか、または両方から供給（条件１９〜２１）。
<Test conditions>
Base material Material: Hot rolled steel sheet (SPH270C)
Thickness: 1.4mm
Welding type Butt welding Welding conditions Speed: 5 m / min.
Laser conditions Laser incident angle: Vertical Output: 2kW
Focal length: 200mm
Focus position: Work surface Arc condition Average arc current: 200A (DC, pulse current common)
Voltage: about 25V
Current: DC or pulse current
(Pulse conditions: Pulse current 400A, pulse width 1.5msec)
Wire: JIS-YGW12 diameter 0.9mm
Arc welding torch angle: 20 degree advance angle with respect to vertical Arc target position: 3 mm behind laser
Shielding gas supply method From either or both of arc welding torch nozzle (inner diameter 20 mm) (conditions 10 to 16 and 22) or a dedicated gas nozzle with inner diameter 10 mm from the front 45 degree direction of welding (conditions 17 and 18) Supply (conditions 19-21).
＜評価方法＞
ビード安定性、及び、スパッタ量について、実施例１の場合と同様に評価した。結果を表２に示す。
<Evaluation method>
The bead stability and the amount of sputtering were evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2.
これに対して、条件１４、１８、及び２０は、シールドガス組成中の二酸化炭素ガスの量が１０％を超えており、ビード安定性、スパッタいずれの点においても劣る結果を示した。 On the other hand, the conditions 14, 18, and 20 showed that the amount of carbon dioxide gas in the shield gas composition exceeded 10%, indicating poor results in both bead stability and sputtering.
条件２２は、実施例１の条件８のパルス電流を直流定電流に置き換えたものである。結果は、許容範囲にはあるものの、ビード安定性、スパッタとも条件８よりわずかに劣るものであった。この結果から、本発明の電流形式として、パルス電流が好ましいものであることが確認された。 Condition 22 is obtained by replacing the pulse current of condition 8 of the first embodiment with a direct current constant current. Although the results were within the allowable range, both the bead stability and sputtering were slightly inferior to Condition 8. From this result, it was confirmed that the pulse current is preferable as the current format of the present invention.
以上、現時点において、最も、実践的であり、かつ、好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うハイブリッド溶接方法もまた本発明の技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。 Although the present invention has been described with reference to the most practical and preferred embodiments at the present time, the invention is limited to the embodiments disclosed herein. However, the present invention can be modified as appropriate without departing from the scope or spirit of the invention which can be read from the claims and the entire specification, and hybrid welding methods involving such changes are also included in the technical scope of the present invention. Must be understood as.
Claims (5)
A welded steel material obtained by applying the hybrid welding method according to any one of claims 1 to 4 to a steel material.
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| JP2004260075A JP2006075847A (en) | 2004-09-07 | 2004-09-07 | Hybrid welding method by laser beam and arc |
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- 2004-09-07 JP JP2004260075A patent/JP2006075847A/en active Pending
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