JP2010125512A - Laser arc combination welding method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザ溶接および消耗電極式アーク溶接により複合接合して一対の被溶接材を接合するためのレーザ・アーク複合溶接法に関し、特に一対の被溶接材間に大きな隙間が存在しても、溶接裏ビード性状を良好に維持しつつ裏当て材なしで溶接を実施することのできるレーザ・アーク複合溶接法に関するものである。 The present invention relates to a laser / arc composite welding method for joining a pair of materials to be welded by laser welding and consumable electrode arc welding, and even if a large gap exists between the pair of materials to be welded. The present invention relates to a laser-arc combined welding method capable of performing welding without a backing material while maintaining good weld back bead properties.
切断後の加工履歴をうけた鋼板等の被溶接材では、溶接部分（例えば、突合せ溶接では鋼板の端面）全長に亘って隙間のない若しくは隙間が一定であるということは殆ど無く、２ｍｍ以下の大きな隙間（以下、「ギャップ」と呼ぶことがある）が存在するのが通常である。大きなギャップが存在する状態のままで溶接を行うと、溶湯垂れや溶湯垂れによる引け等により未溶着隙間となり、溶接欠陥の原因となる。こうしたことから、比較的大きなギャップが存在しても、溶接欠陥を発生させることなく特性の良好な溶接継手が得られるような（以下、このような特性を「耐ギャップ性に優れる」と称する）溶接方法が望まれているのが実情である。 In a material to be welded such as a steel sheet that has undergone a processing history after cutting, there is almost no gap or a constant gap over the entire length of the welded part (for example, the end face of the steel sheet in butt welding), which is 2 mm or less. There is usually a large gap (hereinafter sometimes referred to as “gap”). If welding is performed in a state where there is a large gap, an unwelded gap occurs due to molten metal dripping or molten metal dripping, which causes welding defects. For this reason, even if a relatively large gap exists, a welded joint having good characteristics can be obtained without causing welding defects (hereinafter, such characteristics are referred to as “excellent gap resistance”). The actual situation is that a welding method is desired.
ＭＩＧ（Ｉｎｅｒｔ−ｇａｓ Ｍｅｔａｌ−ａｒｃ ｗｅｌｄｉｎｇ）溶接のような消耗電極式アーク溶接のみで、溶接ワイヤ径（例えば、φ１．２ｍｍ）よりも大きなギャップが存在する状態の溶接を行う際には、図１に示すように、裏当て材を溶接線全長に亘って取り付けると共に、複数回溶接（図１では４ビード、３層）する必要があり、コストや手間がかかると同時に生産性に支障を来すという問題がある。また、板厚が比較的薄い（例えば、厚さｔ：５ｍｍ以下）鋼板を被溶接部材として用いた場合には、アークによる熱影響によって、鋼板が変形するという問題がある。 When performing welding with a gap larger than the welding wire diameter (for example, φ1.2 mm) only by consumable electrode arc welding such as MIG (Inert-gas Metal-arc welding) welding, FIG. As shown in Fig. 1, it is necessary to attach the backing material over the entire length of the weld line and to weld a plurality of times (4 beads, 3 layers in FIG. 1), which is costly and troublesome and at the same time impedes productivity. There is a problem. Further, when a steel plate having a relatively small thickness (for example, thickness t: 5 mm or less) is used as a member to be welded, there is a problem that the steel plate is deformed due to a thermal effect of an arc.
一方、レーザ溶接とアーク溶接とを組合せたレーザ・アーク複合溶接法は、エネルギー密度が相互に異なる２つの熱源を利用しているため、溶接速度の高速化、開先寸法精度の緩和、溶込み深さの向上、継手部の強度向上および溶接欠陥の抑制等の効果があることが知られている。また、溶接速度の高速化が達成されることによって、板厚が比較的薄い鋼板を被溶接部材として用いた場合であっても、熱量が小さくなることによるアークによる熱影響による鋼板変形も発生することがないという利点もある。 On the other hand, the laser-arc combined welding method that combines laser welding and arc welding uses two heat sources with different energy densities, so the welding speed is increased, the groove dimensional accuracy is relaxed, and the penetration is increased. It is known that there are effects such as improvement in depth, improvement in joint strength, and suppression of welding defects. In addition, by achieving a high welding speed, even when a steel sheet having a relatively small thickness is used as a member to be welded, deformation of the steel sheet due to a thermal effect due to an arc due to a small amount of heat also occurs. There is also an advantage that there is nothing.
図２は、２枚の鋼板（被溶接材）をレーザ・アーク複合溶接によって突合せ溶接するときの状況例を示す説明図であり、１ａ，１ｂは鋼板、２はレーザヘッド、３はレーザ光、４はアークトーチ、５は溶接ワイヤ、６は溶着金属、７は開先、８はルートギャップを夫々示している。溶接方向前方に、レーザヘッド２を、後方にアークトーチ４を夫々配置し、アーク溶接により鋼板１ａ，１ｂの溶接部に溶着金属６を生成させる前に、レーザ光３を開先７のルートギャップ８に照射して、そのルートフェイス面をレーザ光３によって溶融させた後、アーク溶接によって開先７間のルートギャップ８内に、溶接ワイヤ５の溶滴を流入させて溶着金属６を形成するものである。 FIG. 2 is an explanatory view showing an example of a situation when two steel plates (materials to be welded) are butt welded by laser-arc combined welding, where 1a and 1b are steel plates, 2 is a laser head, 3 is laser light, 4 is an arc torch, 5 is a welding wire, 6 is a weld metal, 7 is a groove, and 8 is a root gap. A laser head 2 is disposed in front of the welding direction and an arc torch 4 is disposed in the rear, and before the weld metal 6 is generated in the welded portion of the steel plates 1a and 1b by arc welding, the laser beam 3 is routed to the root 7 of the groove 7. 8, the root face surface is melted by the laser beam 3, and then the weld metal 5 is formed by flowing the droplets of the welding wire 5 into the root gap 8 between the grooves 7 by arc welding. Is.
こうしたレーザ・アーク複合溶接では、上記した利点を有するものの、耐ギャップ性が依然として良好でない場合があることが指摘されている。即ち、上記の溶接方法は、レーザ溶接を先行させるものであるが、レーザ溶接機と被溶接部材との相対位置の変動によって、レーザ光の焦点位置が溶接過程で変動してしまい、溶込み深さの変動要因となり、こうしたことが比較的大きなギャップが存在しているときに対応できないという問題が生じる。 It has been pointed out that such laser-arc composite welding has the above-mentioned advantages, but the gap resistance may still not be good. That is, although the above welding method is preceded by laser welding, the focal position of the laser beam fluctuates during the welding process due to fluctuations in the relative position between the laser welding machine and the member to be welded. This causes a problem that this cannot be handled when there is a relatively large gap.
こうした問題を解決するための技術として、例えば特許文献１に示されるようなレーザ・アーク複合溶接方法も提案されている。この技術では、レーザと消耗電極式アーク溶接とを併用するレーザとマグアークによる複合溶接方法において、アークを先行させ、レーザを後行させ、レーザとアークを同一溶接線上に配置させながら溶接するものである。 As a technique for solving these problems, for example, a laser-arc combined welding method as disclosed in Patent Document 1 has been proposed. In this technology, in a combined welding method using laser and consumable electrode type arc welding with laser and mag arc, the arc is preceded, the laser is followed, and welding is performed while the laser and the arc are arranged on the same welding line. is there.
この技術では、レーザ照射するに先立ち、消耗電極式アーク溶接によってシールドガス（イナートガス）をアークトーチから供給しつつ溶着金属を形成するものであり、レーザ光が確実に溶着金属に照射されることになってレーザ光の焦点位置に変動による影響が少なくなり、耐ギャップ性を良好にするものである。 In this technique, prior to laser irradiation, a weld metal is formed by supplying a shield gas (inert gas) from an arc torch by consumable electrode arc welding, and laser light is reliably irradiated to the weld metal. Thus, the influence of the fluctuation on the focal position of the laser beam is reduced, and the gap resistance is improved.
しかしながら、この方法では、異厚材の突合わせ溶接では、先に形成された溶着金属をレーザ照射する際に、レーザ光によって溶着金属が分断される（湯分かれ）原因となり、良好なビードが生成されにくいという問題がある。また、耐ギャップ性については、或る程度改良されることになるが、ギャップの大きさが２ｍｍ程度にもなると、依然として不十分である。尚、この技術では、耐ギャップ性を更に良好にするための手段として、アークトーチを揺動させることも示唆されているが、こうした手段を採用することは、線速（溶接速度）が落ちる等の影響があり、高速溶接には馴染まない。
本発明は前記のような事情に着目してなされたものであって、その目的は、レーザ溶接および消耗電極式アーク溶接により一対の被溶接部材を溶接接合（複合溶接）するに際して、被溶接部材間に大きなギャップが存在していても、裏当て材なしで良好な溶接継手を高速にて形成することのできるレーザ・アーク複合溶接法を提供することにある。 The present invention has been made paying attention to the above-described circumstances, and its purpose is to weld a pair of welded members by laser welding and consumable electrode arc welding (composite welding). An object of the present invention is to provide a laser-arc combined welding method capable of forming a good weld joint at high speed without a backing material even if a large gap exists between them.
上記目的を達成することのできた本発明のレーザ・アーク複合溶接法とは、一対の被溶接部材を、レーザ溶接および消耗電極式アーク溶接により複合接合するレーザ・アーク複合溶接法において、アーク溶接を先行させると共にレーザ溶接を後行させて、レーザとアークを同一溶接線上に配置させながら溶接し、且つ溶接線を含み一方の被溶接部材表面と直交する面にアーク放電線を投影したときに、この投影線と垂直線とのなす角度θ1が１０〜４０°であり、前記一方の被溶接部材の表面にアーク放電線を投影したときに、この投影線と溶接線とのなす角度θ2を０〜６０°であるように設定して操業する点に要旨を有するものである。 The laser-arc combined welding method of the present invention that has achieved the above object is a laser-arc combined welding method in which a pair of members to be welded are combined by laser welding and consumable electrode arc welding. When laser welding is preceded and laser welding is performed while the laser and the arc are arranged on the same welding line, and the arc discharge line is projected onto a surface including the welding line and orthogonal to the surface of one of the members to be welded, The angle θ 1 formed by the projection line and the vertical line is 10 to 40 °, and when the arc discharge line is projected onto the surface of the one member to be welded, the angle θ 2 formed by the projection line and the welding line. Is set to be 0 to 60 ° and has a gist.
本発明のレーザ・アーク複合溶接法においては、先行させるアーク溶接を行う際に、被溶接材間のギャップを埋めるだけの溶湯供給量を確保するように制御すると共に、後行させるレーザ溶接の際にレーザ光の照射出力を調整して前記溶湯の溶融を制御しつつ操業することが良好なビード性状を確保しつつ耐ギャップ性を更に向上させる上で好ましい条件である。 In the laser-arc combined welding method of the present invention, when performing the preceding arc welding, control is performed so as to secure a molten metal supply amount sufficient to fill the gap between the workpieces, and in the subsequent laser welding. In order to further improve the gap resistance while ensuring good bead properties, it is preferable to operate the laser beam by adjusting the irradiation power of the laser beam to control the melting of the molten metal.
本発明方法を実施するに当たっては、下記の条件（ａ）〜（ｅ）の少なくともいずれかの条件を満足させることが好ましい。
（ａ）角度θ1が溶接方向の反対側に開いた前進角であること、
（ｂ）消耗電極式アーク溶接におけるアーク放電狙い位置と前記レーザ光の照射位置との間のアーク・レーザー間隔ＬＡが３〜７ｍｍであること、
（ｃ）消耗電極式アーク溶接における溶接ワイヤの突出長が１５〜３０ｍｍであること、
（ｄ）消耗電極式アーク溶接がＭＡＧ溶接であって、シールドガスがＡｒとＣＯ2の混合ガスであること、
（ｅ）シールドガスは、消耗電極式アーク溶接のアークトーチだけから噴出されたものであること。
In carrying out the method of the present invention, it is preferable to satisfy at least one of the following conditions (a) to (e).
(A) The angle θ 1 is a forward angle opened to the opposite side of the welding direction,
(B) the arc-laser interval LA between the arc discharge target position and the laser beam irradiation position in consumable electrode arc welding is 3 to 7 mm;
(C) The protruding length of the welding wire in consumable electrode arc welding is 15 to 30 mm,
(D) the consumable electrode type arc welding is MAG welding, and the shielding gas is a mixed gas of Ar and CO 2 ;
(E) The shielding gas should be ejected only from the arc torch of consumable electrode arc welding.
本発明方法は、開先を形成することなく、鋼板同士を突合せ溶接する場合を想定してものであり、こうした構成を採用することによって耐ギャップ性に優れたものとなるものであるが、ギャップが形成されない状態であっても本発明を実施しても良いことは勿論である。その他、本発明方法は、開先を形成することなく、鋼板同士を重合せ隅肉溶接またはＴ字型溶接する場合への技術的適用も可能であり、こうした溶接への適用に際しては、その構成上ギャップの存在の有無に拘わらず、良好な溶接継手を形成することができる。 The method of the present invention assumes that the steel plates are butt welded without forming a groove, and by adopting such a configuration, the gap resistance is improved. Of course, the present invention may be implemented even in a state in which no is formed. In addition, the method of the present invention can be technically applied to the case where the steel plates are overlapped and fillet welded or T-shaped welded without forming a groove. A good weld joint can be formed regardless of the presence or absence of the upper gap.
本発明のレーザ・アーク複合溶接方法では、先行させるアーク溶接を行う際に、上記のような角度θ1,θ2を設定してアーク放電線の方向を傾斜させることを特徴とするものであるが、必要によってレーザ照射線の方向も傾斜させるようにしてもよい。こうした傾斜を行う場合には、一方の被溶接部材表面に対する垂直線とレーザ光の照射線のなす角度θ3を０〜７°に設定することが好ましい。但し、レーザ光を傾斜させる場合には、垂直線の周方向の位置については問わない（垂直線の周方向に対してどの方向に傾斜させてもよい）。 The laser / arc combined welding method of the present invention is characterized in that when performing the preceding arc welding, the angles θ 1 and θ 2 as described above are set to incline the direction of the arc discharge line. However, the direction of the laser irradiation line may be inclined if necessary. In the case of performing such an inclination, it is preferable to set the angle θ 3 formed by the vertical line with respect to the surface of one member to be welded and the laser beam irradiation line to 0 to 7 °. However, when the laser beam is inclined, the position of the vertical line in the circumferential direction is not limited (it may be inclined in any direction with respect to the circumferential direction of the vertical line).
本発明によれば、アーク溶接を先行させると共にレーザ溶接を後行させるレーザ・アーク複合溶接を実施するに際し、アーク放電線が所定の条件を満足するように傾斜させるようにしたので、被溶接部材間に大きなギャップが存在していても、良好な溶接継手を高速にて形成することができた。 According to the present invention, the arc discharge line is inclined so as to satisfy the predetermined condition when performing the laser / arc combined welding in which the arc welding is preceded and the laser welding is followed. Even if there was a large gap between them, a good weld joint could be formed at high speed.
本発明者は、被溶接部材間に大きなギャップが存在していても、レーザ・アーク複合溶接によって良好な溶接継手を実現するべく、様々な角度から検討した。その結果、先行させるアーク溶接の際に、アーク放電線が上記の条件を満足するように傾斜させてやれば、上記目的に適う溶接継手が得られることを見出し、本発明を完成した。以下、本発明方法を、図面を用いて説明する。 The present inventor has studied from various angles in order to realize a good weld joint by laser-arc combined welding even when a large gap exists between the members to be welded. As a result, the present inventors have found that a welded joint suitable for the above purpose can be obtained if the arc discharge line is inclined so as to satisfy the above-described conditions during the preceding arc welding. The method of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図３［図３（ａ）は上面図、図３（ｂ）は側面図］、本発明の溶接方法を説明するための図であり、その基本的な構成は開先７を形成しないこと以外は前記図２と類似し、対応する部分には同一の参照符号を付してある。即ち、本発明方法は、アーク溶接を先行させると共にレーザ溶接を後行させて、レーザとアークを同一溶接線上に配置させながら溶接するものであるが、溶接線を含み一方の被溶接部材表面と直交する面にアーク放電線を投影したときに、この投影線と垂直線とのなす角度θ1を１０〜４０°に設定すると共に、一方の被溶接部材の表面にアーク放電線を投影したときに、この投影線と溶接線とのなす角度θ2を０〜６０°に設定して操業するものである。尚、図３中、ＬＡはアーク放電狙い位置とレーザ照射位置との間隔（アークレーザ間距離）を示し、１０は溶接ワイヤ突出長を示している。 FIG. 3 [FIG. 3 (a) is a top view, FIG. 3 (b) is a side view], and is a view for explaining the welding method of the present invention, and its basic configuration is that the groove 7 is not formed. Is similar to FIG. 2, and corresponding parts are denoted by the same reference numerals. That is, according to the method of the present invention, arc welding is preceded and laser welding is followed, and welding is performed while the laser and the arc are arranged on the same weld line. When the arc discharge line is projected onto the orthogonal plane, the angle θ 1 formed between the projection line and the vertical line is set to 10 to 40 °, and the arc discharge line is projected onto the surface of one welded member In addition, the angle θ 2 formed by the projection line and the weld line is set to 0 to 60 ° for operation. In FIG. 3, LA indicates an interval between the arc discharge target position and the laser irradiation position (distance between arc lasers), and 10 indicates a welding wire protrusion length.
溶接線を含み一方の被溶接部材表面と直交する面内でアーク放電線を傾斜させることは、従来からも行われていることであるのであるが（例えば、前記特許文献１）、この傾斜角度が適切でないと、良好なビードが形成されず、或いはアンダーカットやアンダーフィルが発生する原因となる。こうした観点から、前記角度θ1(以下、「トーチ角度θ1」と呼ぶことがある)は１０〜４０°の範囲に設定する必要がある。即ち、トーチ角度θ1が１０°未満では、アンダーカットとなり、４０°を超えるとアンダーフィルや扁平ビードとなる。 Inclining the arc discharge line in a plane that includes the weld line and is orthogonal to the surface of one of the members to be welded is a conventional practice (for example, Patent Document 1). If this is not appropriate, a good bead will not be formed, or undercut or underfill will occur. From such a viewpoint, the angle θ 1 (hereinafter sometimes referred to as “torch angle θ 1 ”) needs to be set in the range of 10 to 40 °. That is, when the torch angle θ 1 is less than 10 °, an undercut occurs, and when it exceeds 40 °, an underfill or a flat bead occurs.
一方、前記角度θ2(以下、「ベベル角度θ2」と呼ぶことがある)は、０〜６０°の範囲に設定する必要がある。ベベル角度θ2が大きくなり過ぎると、溶着金属の溶込みが悪くなったり、スパッタ発生の原因となるので、６０°以下とする必要がある。 On the other hand, the angle θ 2 (hereinafter sometimes referred to as “bevel angle θ 2 ”) needs to be set in a range of 0 to 60 °. If the bevel angle θ 2 becomes too large, the penetration of the weld metal becomes worse and causes spattering, so it is necessary to make it 60 ° or less.
但し、このベベル角度θ2の好ましい範囲は、溶接条件によって異なるものとなる。例えば、通常の突合せ溶接（同厚材同志）の場合に［図３に示した場合］、アーク放電線が前進角［後記図４（ａ）参照］のときには、１０〜４０°程度とすることが好ましく、後進角［後記図４（ａ）参照］のときには、０〜４０°程度とすることが好ましい。また、異厚材の突合せ溶接のとき、および重合せ隅肉溶接やＴ字型溶接のときには、前進角または後進角の如何に関わらず、ベベル角度θ2は１０〜６０°程度とすることが好ましい。このように溶接条件に応じて、ベベル角度θ2を制御することによって、アーク放電による溶着金属がギャップ間に充填されて（被溶接部材両方に溶着金属が接触して）、良好な耐ギャップ性を実現できることになる。特に、従来では異厚材の突合せ溶接のときに生じていた湯分かれも、本発明においては発生することもない。 However, the preferable range of the bevel angle θ 2 varies depending on the welding conditions. For example, in the case of normal butt welding (same thickness materials) [when shown in FIG. 3], when the arc discharge line is at a forward angle [see FIG. In the case of a backward angle [see FIG. 4 (a) below], it is preferably set to about 0 to 40 °. Also, during butt welding of different thickness materials, superposition fillet welding or T-shaped welding, the bevel angle θ 2 may be about 10 to 60 ° regardless of the advance angle or the reverse angle. preferable. In this way, by controlling the bevel angle θ 2 according to the welding conditions, the weld metal by arc discharge is filled between the gaps (the weld metal is in contact with both of the members to be welded), and good gap resistance is achieved. Can be realized. In particular, the hot water split that has conventionally occurred during butt welding of different thickness materials does not occur in the present invention.
本発明方法では、上記のようなベベル角度θ2を形成することによって、耐ギャップ性に優れた溶接が実現できるのであるが、こうした効果をより良好に発揮させるために、先行させるアーク溶接を行う際に、被溶接材間のギャップを埋めるだけの溶湯供給量を確保するように制御すると共に、後行させるレーザ溶接の際にレーザ光の照射出力を調整して前記溶湯の溶融を制御しつつ操業することが好ましい。 In the method of the present invention, welding having excellent gap resistance can be realized by forming the bevel angle θ 2 as described above, but in order to achieve such effects better, prior arc welding is performed. At this time, the molten metal supply amount is controlled so as to fill the gap between the materials to be welded, and the laser beam irradiation output is adjusted in the subsequent laser welding to control the melting of the molten metal. It is preferable to operate.
上記「被溶接材間のギャップを埋めるだけの溶湯供給量」とは、溶接の際に検知されたギャップを埋めるに十分な溶湯供給量（計算によって求められる）を意味し、こうした供給量を確保するために、（１）消耗電極式アーク溶接への溶接ワイヤ供給速度の増大、（２）アーク放電出力の増大、（３）アーク溶接速度の低減等を実行する。引き続き、後行させるレーザ溶接の際にレーザ光の照射出力を抑えることによって、熱エネルギーを溶湯に与えて溶湯を熱膨張させ、これによって溶湯を被溶接部材の接合面に吸着させることができる。またこのときの溶湯が半凝固状態となって更に急速に冷却されることになって、ギャップ間の裏ビードは表面張力（大気断熱層との差によるもの）や熱収縮によって、垂れのない溶接継手（特に突き合わせ溶接継手）が得られることになる。また、上記（２）の条件を考慮した場合には、消耗式アーク溶接を行う際の装置は、アーク電流をギャップ量に応じて調整できるもの（３００Ａ程度まで）であることが好ましい。 The above "melt supply amount enough to fill the gap between the welded materials" means the molten metal supply amount (obtained by calculation) sufficient to fill the gap detected during welding and secure such supply amount In order to do this, (1) increase the welding wire supply speed to the consumable electrode arc welding, (2) increase the arc discharge output, (3) decrease the arc welding speed, etc. Subsequently, by suppressing the laser beam irradiation output during the subsequent laser welding, it is possible to apply thermal energy to the molten metal to thermally expand the molten metal, thereby adsorbing the molten metal to the joint surface of the member to be welded. In addition, the molten metal at this time becomes a semi-solid state and is cooled more rapidly, and the back bead between the gaps is welded without dripping due to surface tension (due to the difference from the thermal insulation layer) and heat shrinkage. A joint (particularly a butt weld joint) will be obtained. In consideration of the above condition (2), it is preferable that the apparatus for performing the consumable arc welding is capable of adjusting the arc current according to the gap amount (up to about 300 A).
ところで、前記トーチ角度θ1は、（ａ）溶接方向の反対側に開いた前進角、（ｂ）溶接方向の開いた後退角のいずれも採用できるが（前記図３は、前進角を示している）、ビード形状良否、ガスシールド効果の有無、溶接線の追跡の容易性等からして前進角［上記（ａ）］とすることが好ましい。こうした状況を、図面を用いて説明する。 By the way, the torch angle θ 1 can adopt either (a) a forward angle opened to the opposite side of the welding direction or (b) a receding angle opened in the welding direction (FIG. 3 shows the forward angle). In view of the quality of the bead shape, the presence or absence of the gas shielding effect, the ease of tracking the weld line, etc., the advance angle [(a)] is preferred. Such a situation will be described with reference to the drawings.
図４は、前進角および後退角の状況を説明する図であり、図４（ａ）は前進角、図４（ｂ）は後退角を夫々示している。即ち、前進角とは、トーチ角度θ1が溶接方向の反対側に開いた状態［図４（ａ）］を意味し、後退とはトーチ角度θ1が溶接方向に開いた状態［図４（ｂ）］を意味する。このうち前進角を採用する場合には、後退角を用いる場合に比べて、浅溶け込みで広幅は扁平ビードとなり易いが（後退角の場合には深溶け込みの凸状ビード：後記図１８参照）、こうした点はアーク溶接に続いて実施されるレーザ溶接によって補うことができる。 4A and 4B are diagrams for explaining the situation of the advance angle and the receding angle. FIG. 4A shows the advancing angle, and FIG. 4B shows the receding angle. That is, the forward angle means a state where the torch angle θ 1 is opened on the opposite side of the welding direction [FIG. 4A], and the backward direction means a state where the torch angle θ 1 is opened in the welding direction [FIG. b)]. Of these, when the advancing angle is adopted, compared to the case where the receding angle is used, the broad penetration is likely to be a flat bead (in the case of the receding angle, a deep-beading convex bead: see FIG. 18 below), These points can be compensated by laser welding performed following arc welding.
消耗電極式アーク溶接のトーチ角度θ1を前進角とし、且つアーク溶接をレーザ溶接に先行させるためには、アークトーチをレーザヘッドよりも溶接方向後方に配置する必要があるが（前記図３参照）、このような場合には、アーク溶接の溶接ワイヤとレーザ照射との干渉を避ける必要がある。この点に関して、本発明の溶接方法においては、アーク放電線（即ち、アークトーチ）に上記のようなベベル角度θ2を形成するものであるので、容易に回避することができる。 In order to set the torch angle θ 1 of the consumable electrode type arc welding to be the advance angle and to make the arc welding precede the laser welding, the arc torch needs to be arranged behind the laser head in the welding direction (see FIG. 3). In such a case, it is necessary to avoid interference between the welding wire of arc welding and laser irradiation. In this regard, in the welding method of the present invention, the bevel angle θ 2 as described above is formed on the arc discharge line (that is, the arc torch), and therefore can be easily avoided.
本発明のレーザ・アーク複合溶接方法においては、消耗電極式アーク溶接におけるアーク放電狙い位置（溶接点）と前記レーザ光の照射位置との間のアーク・レーザー間隔ＬＡ（前記図３参照）も適切に設定することも重要である。即ち、レーザ照射とアーク放電が干渉することなく、両者を併用することによる効果を有効に発揮させるためには、アーク・レーザー間隔ＬＡを３ｍｍ以上とすることが好ましい。しかしながら、アーク・レーザー間隔ＬＡが大きくなり過ぎると、後行させるレーザ照射による効果が発揮され難くなるので、７ｍｍ以下とすることが好ましい。 In the laser / arc combined welding method of the present invention, the arc / laser interval LA (see FIG. 3) between the arc discharge target position (welding point) and the laser beam irradiation position in consumable electrode arc welding is also appropriate. It is also important to set That is, it is preferable to set the arc / laser interval LA to 3 mm or more in order to effectively exhibit the effect of using both together without interference between laser irradiation and arc discharge. However, if the arc / laser interval LA becomes too large, the effect of laser irradiation to be followed becomes difficult to be exhibited.
消耗電極式アーク溶接を行うに当たっては、溶接ワイヤの突出長（前記図３参照）も適切に制御することは、溶接ワイヤ溶融量や電流安定性を良好に維持する上で、重要な要件である。こうした観点から、溶接ワイヤの突出長（以下、「ワイヤ突出長」と呼ぶことがある）は１５〜３０ｍｍ程度にすることが好ましく、こうした要件を満足させることによって、高速下で安定したビードを先行させて形成することができる。尚、本発明方法によれば、ギャップ量：０〜２ｍｍで、溶接速度：０．５〜２ｍ／ｍｉｎ程度が確保できることになる。 In performing consumable electrode arc welding, appropriately controlling the protruding length of the welding wire (see FIG. 3) is an important requirement for maintaining good welding wire melting amount and current stability. . From such a point of view, it is preferable that the protruding length of the welding wire (hereinafter sometimes referred to as “wire protruding length”) is about 15 to 30 mm. By satisfying these requirements, a stable bead at a high speed is preceded. Can be formed. According to the method of the present invention, a gap amount of 0 to 2 mm and a welding speed of about 0.5 to 2 m / min can be secured.
本発明で適用する消耗電極式アーク溶接法は、基本的に不活性ガス（例えば、Ａｒ：１００容量％）を用いるＭＩＧ溶接が代表的な方法として挙げられるが、こうした方法に限らず、シールドガスとして一部にＣＯ2ガスを含んだ雰囲気で行うＭＡＧ（Ｍｅｔａｌ ａｃｔｉｖｅ−ｇａｓ ｓｈｉｌｄｅｄ ａｒｃ ｗｅｌｄｉｎｇ）溶接を適用することができる。また、こうしたＭＡＧ溶接を適用する際のシールドガスとしてはＡｒとＣＯ2の混合ガス（一般的には８０％Ａｒ＋２０％ＣＯ2：「％」は容量％を示す）が挙げられる。 The consumable electrode arc welding method applied in the present invention basically includes MIG welding using an inert gas (for example, Ar: 100% by volume). However, the present invention is not limited to this method. For example, MAG (Metal active-gas shielded arc welding) welding performed in an atmosphere partially containing CO 2 gas can be applied. Further, as a shielding gas when such MAG welding is applied, a mixed gas of Ar and CO 2 (generally, 80% Ar + 20% CO 2 : “%” indicates volume%) can be cited.
また、消耗電極式アーク溶接法に引き続いて行われるレーザ溶接の際にも、レーザ照射雰囲気は、できるだけ不活性雰囲気であることが好ましいが、上記のような混合ガス雰囲気であれば、そのまま使用することができる。即ち、本発明方法を実施するに当たっては、その雰囲気を形成するシールドガスは、消耗電極式アーク溶接のアークトーチだけから噴出されたものを使用すれば良く、レーザ溶接の際に改めてその雰囲気を調整する必要はない。 Also, in laser welding performed subsequent to the consumable electrode arc welding method, the laser irradiation atmosphere is preferably an inert atmosphere as much as possible, but if it is a mixed gas atmosphere as described above, it is used as it is. be able to. That is, in carrying out the method of the present invention, the shielding gas that forms the atmosphere may be the one ejected only from the arc torch of the consumable electrode type arc welding, and the atmosphere is adjusted again at the time of laser welding. do not have to.
本発明方法は、開先を形成することなく、鋼板同士を突合せ溶接する場合を想定したものであり（前記図２参照）、本発明の構成を採用することによって耐ギャップ性に優れたものとなるものであるが、ギャップが形成されない状態であっても本発明を実施しても良いことは勿論である。また本発明方法は、同厚さの鋼板同士を突合せ溶接する場合に限らず、板厚の異なる鋼板（異厚材）を突合せ溶接する場合にも適用できるものである。但し、開先を形成することなく、鋼板同士を重合せ隅肉溶接またはＴ字型溶接する場合への技術的に適用することも有用であり、こうした溶接への適用に際しては、その構成上ギャップの存在の有無に拘わらず、良好な溶接継手を形成することができる。 The method of the present invention assumes a case where steel plates are butt welded without forming a groove (see FIG. 2), and is excellent in gap resistance by adopting the configuration of the present invention. However, it goes without saying that the present invention may be carried out even when no gap is formed. The method of the present invention is not limited to butt welding of steel plates having the same thickness but can also be applied to butt welding of steel plates having different thicknesses (different thickness materials). However, it is also useful to apply technically to the case where the steel plates are overlapped and fillet welded or T-shaped welded without forming a groove. A good weld joint can be formed regardless of the presence or absence of.
図５は重合せ隅肉溶接を行う場合の概略を説明するための図であり、この場合は一対の鋼板１ａ，１ｂ間の形成される肉盛り部分１２にアーク放電とレーザ光照射を行うことになる（レーザ照射方向は鋼板１ａ，１ｂ間方向）。こうした重合せ隅肉溶接を行う場合に、角度θ1,θ2を設定する基準となる被溶接部材表面は、肉盛りされる一方の鋼板１ｂ側の端面１ｃとなる。図６はＴ字型溶接を行う場合の概略を説明するための図であり、この場合は一対の鋼板１ａ，１ｂ間にアーク放電とレーザ光照射を行うことになる。こうしたＴ字型溶接を行う場合に、角度θ1,θ2を設定する基準となる被溶接部材表面は、Ｔ字型継手を構成する一方の鋼板１ｂ側の表面１ｄとなる（板厚の異なる鋼板を突合せ溶接する場合には、図６に示した状態に準ずる）。 FIG. 5 is a diagram for explaining an outline when superposed fillet welding is performed. In this case, arc discharge and laser light irradiation are performed on the built-up portion 12 formed between the pair of steel plates 1a and 1b. (Laser irradiation direction is the direction between the steel plates 1a and 1b). When such superposed fillet welding is performed, the surface of the member to be welded that serves as a reference for setting the angles θ 1 and θ 2 is the end surface 1c on the side of the one steel plate 1b to be built up. FIG. 6 is a diagram for explaining an outline when T-shaped welding is performed. In this case, arc discharge and laser beam irradiation are performed between the pair of steel plates 1a and 1b. When such T-shaped welding is performed, the surface of the member to be welded serving as a reference for setting the angles θ 1 and θ 2 is the surface 1d on the side of one steel plate 1b constituting the T-shaped joint (different thicknesses). In the case of butt-welding steel plates, it conforms to the state shown in FIG.
本発明のレーザ・アーク複合溶接方法では、先行させるアーク溶接を行う際に、上記のような角度θ1,θ2を設定してアーク放電線の方向を傾斜させることを特徴とするものであるが、必要によってレーザ照射線の方向も傾斜させるようにしてもよい。こうした傾斜を行う場合には、一方の被溶接部材表面に対する垂直線とレーザ光の照射線のなす角度θ3を０〜７°に設定することが好ましい。但し、レーザ光の照射線のなす角度θ3は、溶接条件によってもその最適範囲が異なり、例えば突合せ溶接の場合には、θ3＝０°にすること（即ち、傾斜しないこと）が好ましく、隅肉溶接やＴ字型溶接ではθ3＝７°程度まで傾斜させることが好ましい。 The laser / arc combined welding method of the present invention is characterized in that when performing the preceding arc welding, the angles θ 1 and θ 2 as described above are set to incline the direction of the arc discharge line. However, the direction of the laser irradiation line may be inclined if necessary. In the case of performing such an inclination, it is preferable to set the angle θ 3 formed by the vertical line with respect to the surface of one member to be welded and the laser beam irradiation line to 0 to 7 °. However, the optimum angle of the angle θ 3 formed by the laser beam irradiation varies depending on the welding conditions. For example, in the case of butt welding, it is preferable to set θ 3 = 0 ° (that is, do not tilt), In fillet welding or T-shaped welding, it is preferable to incline to about θ 3 = 7 °.
レーザ光を傾斜させる場合には、垂直線の周方向の位置については問わない（垂直線の周方向に対してどの方向に傾斜させてもよい）。しかしながら、レーザ光の照射線のなす角度θ3を０〜７°だけを傾斜させて、角度θ1,θ2を設定しない（即ち、アーク放電線の方向を傾斜させない）場合には、耐ギャップ性を良好にする上では不十分である（後記比較例２参照）。またレーザ光を傾斜させる場合には、アーク放電線と干渉が生じないように考慮する必要がある。 When the laser beam is tilted, the position of the vertical line in the circumferential direction is not limited (it may be tilted in any direction with respect to the circumferential direction of the vertical line). However, when the angle θ 3 formed by the laser beam irradiation is inclined by 0 to 7 ° and the angles θ 1 and θ 2 are not set (that is, the direction of the arc discharge line is not inclined), the gap resistance is prevented. This is insufficient to improve the properties (see Comparative Example 2 below). Further, when tilting the laser beam, it is necessary to consider so as not to interfere with the arc discharge line.
本発明のレーザ・アーク複合溶接法で用いるレーザ光は、溶接される鋼板（被溶接部材）に対してエネルギーを与えることができるものであれば特に限定されず、例えばＣＯ2レーザ、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザ、半導体レーザ、ファイバーレーザ等を用いることができるが、レーザ光の移送性を考慮すれば、ＹＡＧレーザやファイバーレーザを採用するのが好ましい。 The laser beam used in the laser-arc combined welding method of the present invention is not particularly limited as long as it can give energy to the steel plate to be welded (member to be welded). For example, CO 2 laser, YAG (yttrium) (Aluminum garnet) Laser, semiconductor laser, fiber laser, etc. can be used, but considering the transferability of laser light, it is preferable to use a YAG laser or a fiber laser.
本発明方法で用いられる被溶接部材（金属板）の種類についても限定されず、上記した鋼板以外にも、例えばアルミ板等にも適用できるものである。また、こうした被溶接部材の厚さについても限定されず、板厚が３〜４ｍｍの薄板であっても、変形を発生させることなく、溶接できるが、板厚が１２ｍｍまでの金属板についても（厚さの異同に拘わらず）適用できるものである。 The type of the member to be welded (metal plate) used in the method of the present invention is not limited, and can be applied to, for example, an aluminum plate in addition to the above steel plate. Further, the thickness of such a member to be welded is not limited, and even a thin plate having a thickness of 3 to 4 mm can be welded without causing deformation, but a metal plate having a thickness of up to 12 mm ( Applicable regardless of thickness differences).
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例によって制限を受けるものではなく、前記・下記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited by the following examples, and appropriate modifications are made within a range that can be adapted to the above-described purpose. Of course, it is possible to implement them, and they are all included in the technical scope of the present invention.
［比較例１］
板厚が６ｍｍ（ｔ６）と４．５ｍｍ（ｔ４．５）の鋼板［鋼種：引張強度４９０ＭＰａ級鋼板（ＳＭ４９０Ａ）］を用意し、ＭＡＧアーク溶接（溶接装置：ＨＩＴＡＣＨＩ３５０ＩＩ、アーク溶接については以下同じ）によって突合せ溶接を行った。また板厚が１２ｍｍ（ｔ１２）と９ｍｍ（ｔ９）の鋼板（鋼種：上記と同じ）をも用意し、ＭＡＧアーク溶接によって突合せ溶接を行った（溶接長：２００ｍｍ）。このときの溶接条件を下記表１に示す。また、溶接ワイヤは、ＭＧ−５０（直径：１．２ｍｍ）を使用し、溶接速度：０．４ｍ／ｍｉｎ（４０ｃｍ／ｍｉｎ）とし、８０％Ａｒ＋２０％ＣＯ2の混合ガスを噴射しつつ（ガス流量２０〜３０Ｌ／ｍｉｎ）溶接を行った。尚、下記表１における層数３、パス数４とは、前記図１に示した状態（開先角度：６０°、ギャップ：４ｍｍ）であることを意味する。
[Comparative Example 1]
Steel plates with 6 mm (t6) and 4.5 mm (t4.5) thickness [steel type: tensile strength 490 MPa class steel plate (SM490A)] are prepared and MAG arc welding (welding equipment: HITACHI 350II, arc welding is the same below) Butt welding was performed. In addition, steel plates (steel type: the same as above) having a thickness of 12 mm (t12) and 9 mm (t9) were also prepared, and butt welding was performed by MAG arc welding (welding length: 200 mm). The welding conditions at this time are shown in Table 1 below. The welding wire is MG-50 (diameter: 1.2 mm), the welding speed is 0.4 m / min (40 cm / min), and a mixed gas of 80% Ar + 20% CO 2 is injected (gas). Welding was performed at a flow rate of 20 to 30 L / min. The number of layers 3 and the number of passes 4 in the following Table 1 mean the state shown in FIG. 1 (groove angle: 60 °, gap: 4 mm).
ＭＡＧ溶接だけで得られた溶接継手は、鋼板に変形が認められ、良好な溶接継手が得られないことが確認できた。また裏当て材も必要であった。図７は、このとき得られた溶接継手（突合せ溶接継手）の外観を示す図面代用写真であり、図７（ａ）は試験Ｎｏ．１の溶接継手（ｔ６／ｔ４．５）を示し、図７（ｂ）は試験Ｎｏ．２の溶接継手（ｔ１２／ｔ９）を示している。図７において、「熱影響部」と示した部分にて変形が生じていた。 It was confirmed that the welded joint obtained only by MAG welding was deformed in the steel sheet and a good welded joint could not be obtained. A backing material was also required. FIG. 7 is a drawing-substituting photograph showing the appearance of the welded joint (butt welded joint) obtained at this time, and FIG. 1 shows a welded joint (t6 / t4.5) of FIG. 2 shows a weld joint (t12 / t9). In FIG. 7, deformation occurred in the portion indicated as “heat affected zone”.
［比較例２］
板厚が６ｍｍ（ｔ６）と４．５ｍｍ（ｔ４．５）の鋼板［鋼種：引張強度４９０ＭＰａ級鋼板（ＳＭ４９０Ａ）］を用意し、ファイバーレーザ溶接によって突合せ溶接を行った。また板厚が１２ｍｍ（ｔ１２）と９ｍｍ（ｔ９）の鋼板（鋼種：上記と同じ）を用意し、ファイバーレーザ溶接によって突合せ溶接を行った（溶接長：２００ｍｍ）。このときの溶接条件を下記表２に示す。シールドガスとしてＡｒガス（１００％Ａｒ）を噴射しつつ（ガス流量３０Ｌ／ｍｉｎ）溶接を行った。また、ファイバーレーザ溶接のレーザ光は、必要によって傾斜させた（前記角度θ3）。
[Comparative Example 2]
Steel plates having a thickness of 6 mm (t6) and 4.5 mm (t4.5) [steel type: tensile strength 490 MPa class steel plate (SM490A)] were prepared, and butt welding was performed by fiber laser welding. Further, steel plates having a thickness of 12 mm (t12) and 9 mm (t9) (steel type: same as above) were prepared, and butt welding was performed by fiber laser welding (welding length: 200 mm). The welding conditions at this time are shown in Table 2 below. Welding was performed while injecting Ar gas (100% Ar) as a shielding gas (gas flow rate 30 L / min). Further, the laser beam of fiber laser welding was tilted as necessary (the angle θ 3 ).
尚、下記表２中において、「焦点との差」とは、レーザ焦点が溶接点の位置からどれだけ離れているかを示したものであり、レーザ焦点が溶接点の位置より手前側（レーザ照射側）の場合を「＋」、レーザ焦点が溶接点の位置より反対側（鋼板裏側）の場合を「−」で示している。このようにして、レーザ焦点を溶接点の位置からずらすことによって、溶接点における出力を調整するものである。また、必要によって、レーザ光の照射位置を厚板側にずらした状態（シフトした状態）とした（試験Ｎｏ．３：１ｍｍシフト、試験Ｎｏ．４：１．５ｍｍシフト、試験Ｎｏ．５：シフトなし、試験Ｎｏ．６：１．５ｍｍシフト）。 In Table 2 below, “difference from the focal point” indicates how far the laser focal point is from the position of the welding point, and the laser focal point is closer to the front side of the welding point (laser irradiation). "+" And "-" when the laser focal point is on the opposite side (back side of the steel plate) from the position of the welding point. In this way, the output at the welding point is adjusted by shifting the laser focus from the position of the welding point. If necessary, the laser light irradiation position is shifted to the thick plate side (shifted state) (Test No. 3: 1 mm shift, Test No. 4: 1.5 mm shift, Test No. 5: Shift) None, test No. 6: 1.5 mm shift).
図８は、このとき得られた溶接継手（突合せ溶接継手）の外観（表面、裏面）を示す図面代用写真であり、図８（ａ）は試験Ｎｏ．３の溶接継手（ｔ６／ｔ４．５：角度θ3＝０°）を示し、図８（ｂ）は試験Ｎｏ．４の溶接継手（ｔ６／ｔ４．５：角度θ3＝１８°）を示している。また図９は、このとき得られた溶接継手（突合せ溶接継手）の他の外観（表面、裏面）を示す図面代用写真であり、図９（ａ）は試験Ｎｏ．５の溶接継手（ｔ１２／ｔ９：角度θ3＝０°）を示し、図９（ｂ）は試験Ｎｏ．６の溶接継手（ｔ１２／ｔ９：角度θ3＝１８°）を示している。尚、図８、９においては、鋼板相互のギャップ（図中、「Ｇａｐ」と記する）を０〜２．５ｍｍで変化させた状態を示している。 FIG. 8 is a drawing-substituting photograph showing the appearance (front surface, back surface) of the welded joint (butt weld joint) obtained at this time, and FIG. 3 (t6 / t4.5: angle θ 3 = 0 °), and FIG. 4 shows a weld joint (t6 / t4.5: angle θ 3 = 18 °). 9 is a drawing-substituting photograph showing another appearance (front surface, back surface) of the welded joint (butt weld joint) obtained at this time, and FIG. 5 (t12 / t9: angle θ 3 = 0 °), and FIG. 6 shows a welded joint (t12 / t9: angle θ 3 = 18 °). 8 and 9 show a state in which the gap between the steel plates (indicated as “Gap” in the figure) is changed from 0 to 2.5 mm.
この結果から、次のように考察できた。レーザ溶接だけで突合せ溶接した場合に、レーザ光を傾斜させないときには（角度θ3＝０°）、ギャップが小さい状態でないと良好な溶接が実現できないのであるが［図８（ａ）でギャップが０．６ｍｍまで、図９（ａ）でギャップが０．９ｍｍまで］、レーザ光を傾斜させたときには（角度θ3＝１８°）、ギャップがある程度大きくなっても良好な溶接が実現できていることが分かる［図８（ｂ）でギャップが１．０ｍｍまで、図９（ｂ）でギャップが１．５ｍｍまで］。しかしながら、レーザ溶接だけで突き合わせ溶接した場合には、レーザ光を傾斜させた場合であっても、ギャップが１．５ｍｍまでしか対応できない状況であった。 From this result, we could consider as follows. In the case of butt welding only by laser welding, if the laser beam is not inclined (angle θ 3 = 0 °), good welding cannot be realized unless the gap is small [FIG. .6 mm, gap up to 0.9 mm in FIG. 9A], when the laser beam is tilted (angle θ 3 = 18 °), good welding can be realized even if the gap is increased to some extent [In FIG. 8B, the gap is up to 1.0 mm, and in FIG. 9B, the gap is up to 1.5 mm]. However, when butt welding is performed only by laser welding, even if the laser beam is tilted, the gap can be handled only up to 1.5 mm.
［実施例１］
板厚が６ｍｍの鋼板［鋼種：引張強度４９０ＭＰａ級鋼板（ＳＭ４９０Ａ）］を一対用意し、ＭＡＧアーク溶接とファイバーレーザ溶接との複合溶接（アーク溶接先行、レーザ溶接後行）によって突合せ溶接を行った（溶接長：２００ｍｍ）。このとき下記表３に示すように溶接条件を変えて溶接を行った。シールドガスとしては、８０％Ａｒ＋２０％ＣＯ2ガスを噴射しつつ（ガス流量３０Ｌ／ｍｉｎ）溶接を行った。また、ファイバーレーザ溶接のレーザ光は、傾斜させない状態とした（前記角度θ3＝０°）。
[Example 1]
A pair of steel plates [steel type: tensile strength 490 MPa class steel plate (SM490A)] having a thickness of 6 mm were prepared, and butt welding was performed by composite welding of MAG arc welding and fiber laser welding (arc welding preceding, laser welding following). (Welding length: 200 mm). At this time, welding was performed under different welding conditions as shown in Table 3 below. As the shielding gas, welding was performed while injecting 80% Ar + 20% CO 2 gas (gas flow rate 30 L / min). Further, the laser beam of the fiber laser welding was not tilted (the angle θ 3 = 0 °).
図１０〜１３は、このとき得られた溶接継手（突き合わせ溶接継手）の外観（表面、裏面）を示す図面代用写真であり、図１０は試験Ｎｏ．７の溶接継手、図１１は試験Ｎｏ．８の溶接継手、図１２は試験Ｎｏ．９の溶接継手、図１３は試験Ｎｏ．１０の溶接継手、を夫々示している（図中、「前進角ＭＡＧ先行ＨＹＢ溶接」または「後退角ＭＡＧ先行ＨＹＢ溶接」と記す）。 10-13 is a drawing substitute photograph showing the appearance (front surface, back surface) of the welded joint (butt weld joint) obtained at this time. No. 7 weld joint, FIG. No. 8 welded joint, FIG. No. 9 weld joint, FIG. 10 weld joints are shown respectively (in the figure, they are referred to as “advance angle MAG preceding HYB welding” or “backward angle MAG preceding HYB welding”).
この結果から明らかなように、アーク放電の方向（トーチ角度θ1、ベベル角度θ2）を適切に設定しつつレーザ・アーク複合溶接を行った場合には、ギャップの大小に拘わらず良好な溶接が実現できていることが分かる。 As is apparent from these results, when laser-arc combined welding is performed while appropriately setting the arc discharge direction (torch angle θ 1 , bevel angle θ 2 ), good welding is possible regardless of the size of the gap. It can be seen that is realized.
［実施例２］
板厚が６ｍｍの鋼板［鋼種：引張強度４９０ＭＰａ級鋼板（ＳＭ４９０Ａ）］を一対用意し、ＭＡＧアーク溶接とファイバーレーザ溶接との複合溶接（アーク溶接先行、レーザ溶接後行）によって突合せ溶接を行った（溶接長：２００ｍｍ）。また板厚が４．５ｍｍの鋼板（鋼種：上記と同じ）を一対用意し、ＭＡＧアーク溶接とファイバーレーザ溶接との複合溶接（アーク溶接先行、レーザ溶接後行）によって突合せ溶接を行った（溶接長：２００ｍｍ）。このときの溶接条件を下記表４に示す。シールドガスとしては、８０％Ａｒ＋２０％ＣＯ2ガスを用いた（ガス流量３０Ｌ／ｍｉｎ）。また、ファイバーレーザ溶接のレーザ光は、傾斜させない状態とした（前記角度θ3＝０°）。
[Example 2]
A pair of steel plates [steel type: tensile strength 490 MPa class steel plate (SM490A)] having a thickness of 6 mm were prepared, and butt welding was performed by composite welding of MAG arc welding and fiber laser welding (arc welding preceding, laser welding following). (Welding length: 200 mm). In addition, a pair of steel plates (steel type: same as above) having a thickness of 4.5 mm were prepared, and butt welding was performed by composite welding of MAG arc welding and fiber laser welding (arc welding preceding, laser welding following) (welding) Length: 200 mm). The welding conditions at this time are shown in Table 4 below. As the shielding gas, 80% Ar + 20% CO 2 gas was used (gas flow rate 30 L / min). Further, the laser beam of the fiber laser welding was not tilted (the angle θ 3 = 0 °).
図１４〜１７は、このとき得られた溶接継手（突き合わせ溶接継手）の外観（表面、裏面）を示す図面代用写真であり、図１４は試験Ｎｏ．１１の溶接継手、図１５は試験Ｎｏ．１２の溶接継手、図１６は試験Ｎｏ．１３の溶接継手、図１７は試験Ｎｏ．１４の溶接継手、を夫々示している。 14 to 17 are photographs substituted for drawings showing the appearance (front surface, back surface) of the weld joint (butt weld joint) obtained at this time. 11, FIG. No. 12 weld joint, FIG. No. 13 weld joint, FIG. 14 welded joints are shown.
この結果から明らかなように、アーク放電の方向（トーチ角度θ1、ベベル角度θ2）を適切に設定しつつレーザ・アーク複合溶接を行った場合には、良好な溶接が実現できていることが分かる。また、前進角ＭＡＧ先行レーザ・アーク複合溶接（図中、「前進角ＭＡＧ先行ＨＹＢ溶接」と記す）では、比較的扁平なビードが形成され（図１４、１６）、後退角ＭＡＧ先行レーザ・アーク複合溶接（図中、「後退角ＭＡＧ先行ＨＹＢ溶接」と記す）では、凸状のビードが形成されるが（図１５、１７）、いずれの場合であっても裏当て材をしなくても溶落ちが発生すことなく、良好な裏ビートが形成されていることが分かる。 As is clear from this result, when laser-arc combined welding is performed while appropriately setting the arc discharge direction (torch angle θ 1 , bevel angle θ 2 ), good welding can be realized. I understand. Further, in advancing angle MAG preceding laser / arc combined welding (denoted as “advancing angle MAG preceding HYB welding” in the figure), a relatively flat bead is formed (FIGS. 14 and 16), and a receding angle MAG preceding laser / arc is formed. In composite welding (referred to as “retreat angle MAG preceding HYB welding” in the figure), a convex bead is formed (FIGS. 15 and 17). In either case, no backing material is used. It can be seen that a good back beat is formed without melting.
このときのビード形状を模式的に図１８に示す。図１８（ａ）は後退角ＭＡＧ先行ＨＹＢ溶接のときのビード形状を、図１８（ｂ）は前進角ＭＡＧ先行ＨＹＢ溶接のときのビード形状を夫々示している。本発明者が確認したところによれば、ビード形状の如何に拘わらず、溶込み量については、それほど変らない状況であった。また、いずれの場合であっても、ビード端部については、比較的滑らかに形成されており、この部分の応力集中は低減されていることが確認できた。 The bead shape at this time is schematically shown in FIG. FIG. 18A shows a bead shape at the time of receding angle MAG preceding HYB welding, and FIG. 18B shows a bead shape at the time of advance angle MAG preceding HYB welding. As a result of confirmation by the present inventor, the amount of penetration did not change so much regardless of the bead shape. In any case, the bead end portion was formed relatively smoothly, and it was confirmed that the stress concentration in this portion was reduced.
［実施例３］
板厚が１２ｍｍ（ｔ１２）と４．５ｍｍ（ｔ４．５）の鋼板［鋼種：引張強度４９０ＭＰａ級鋼板（ＳＭ４９０Ａ）］を用意し、ＭＡＧアーク溶接とファイバーレーザ溶接との複合溶接（アーク溶接先行、レーザ溶接後行）によってＴ文型溶接を行った（溶接長：２００ｍｍ）。また板厚が６ｍｍ（ｔ６）と４．５ｍｍ（ｔ４．５）の鋼板（鋼種：上記と同じ）を用意し、ＭＡＧアーク溶接とファイバーレーザ溶接との複合溶接（アーク溶接先行、レーザ溶接後行）によってＴ字型溶接をも行った（溶接長：２００ｍｍ）。このときの溶接条件を下記表５に示す。シールドガスとしては、８０％Ａｒ＋２０％ＣＯ2ガスを用いた（ガス流量３０Ｌ／ｍｉｎ）。また、ファイバーレーザ溶接のレーザ光照射はレーザ焦点を溶接点から３ｍｍ手前（焦点との差：＋３ｍｍ）となるようにし、溶接点でのレーザ径を０．６９５ｍｍとなるように設定した。尚、いずれの場合も、前記図６に示した鋼板１ｂ側を板厚が薄い側とした。
[Example 3]
Steel plates with a thickness of 12 mm (t12) and 4.5 mm (t4.5) [steel type: tensile strength 490 MPa grade steel plate (SM490A)] are prepared, and combined welding of MAG arc welding and fiber laser welding (arc welding preceding, T-pattern welding was carried out by (after laser welding) (welding length: 200 mm). In addition, steel sheets with 6 mm (t6) and 4.5 mm (t4.5) thickness (steel type: same as above) are prepared and combined welding of MAG arc welding and fiber laser welding (arc welding preceding, laser welding following) ) Also performed T-shaped welding (welding length: 200 mm). The welding conditions at this time are shown in Table 5 below. As the shielding gas, 80% Ar + 20% CO 2 gas was used (gas flow rate 30 L / min). In laser irradiation of fiber laser welding, the laser focal point was set to 3 mm before the welding point (difference from the focal point: +3 mm), and the laser diameter at the welding point was set to 0.695 mm. In any case, the side of the steel plate 1b shown in FIG.
図１９、２０は、このとき得られた溶接継手（Ｔ字型溶接継手）の外観（表面、裏面）を示す図面代用写真であり、図１９は試験Ｎｏ．１５の溶接継手、図２０は試験Ｎｏ．１６の溶接継手、を夫々示している。 19 and 20 are photographs substituted for drawings showing the appearance (front surface, back surface) of the welded joint (T-shaped welded joint) obtained at this time. 15 welded joints, FIG. 16 weld joints are shown.
この結果から明らかなように、アーク放電の方向（トーチ角度θ1、ベベル角度θ2）を適切に設定しつつレーザ・アーク複合溶接を行った場合には、Ｔ字型溶接を行う場合であっても良好な溶接が実現できていることが分かる。 As is apparent from this result, when laser-arc combined welding is performed while appropriately setting the arc discharge direction (torch angle θ 1 , bevel angle θ 2 ), it is a case where T-shaped welding is performed. However, it can be seen that good welding can be realized.
［実施例４］
板厚が９ｍｍの鋼板［鋼種：引張強度４９０ＭＰａ級鋼板（ＳＭ４９０Ａ）］を一対用意し、ＭＡＧアーク溶接とファイバーレーザ溶接との複合溶接（アーク溶接先行、レーザ溶接後行）によって重合わせ隅肉溶接を行った（溶接長：２００ｍｍ）。このときの溶接条件を下記表６に示す。シールドガスとしては、８０％Ａｒ＋２０％ＣＯ2ガスを用いた（ガス流量３０Ｌ／ｍｉｎ）。また、ファイバーレーザ溶接のレーザ光照射はレーザ焦点を溶接点から３ｍｍ手前（焦点との差：＋３ｍｍ）となるようにし、溶接点でのレーザ径を０．６９５ｍｍとなるように設定した。
[Example 4]
A pair of steel plates [steel type: tensile strength 490 MPa class steel plate (SM490A)] with a thickness of 9 mm are prepared, and overlapped fillet welding is performed by composite welding of MAG arc welding and fiber laser welding (arc welding first, laser welding first). (Welding length: 200 mm). The welding conditions at this time are shown in Table 6 below. As the shielding gas, 80% Ar + 20% CO 2 gas was used (gas flow rate 30 L / min). In laser irradiation of fiber laser welding, the laser focal point was set to 3 mm before the welding point (difference from the focal point: +3 mm), and the laser diameter at the welding point was set to 0.695 mm.
図２１は、このとき得られた溶接継手（重合わせ隅肉溶接継手）の外観（肉盛り付近）を示す図面代用写真である。この結果から明らかなように、アーク放電の方向（トーチ角度θ1、ベベル角度θ2）を適切に設定しつつレーザ・アーク複合溶接を行った場合には、重合わせ隅肉溶接を行う場合であっても良好な溶接が実現できていることが分かる。 FIG. 21 is a drawing-substituting photograph showing the appearance (near the overlay) of the welded joint (overlapping fillet welded joint) obtained at this time. As is clear from this result, when laser-arc combined welding is performed while appropriately setting the arc discharge direction (torch angle θ 1 , bevel angle θ 2 ), overlapped fillet welding is performed. Even if it exists, it turns out that favorable welding is implement | achieved.
１ａ，１ｂ 鋼板
２ レーザヘッド
３ レーザ光
４ アークトーチ
５ 溶接ワイヤ
６ 溶着金属
７ 開先
８ ルートギャップ
1a, 1b Steel plate 2 Laser head 3 Laser beam 4 Arc torch 5 Welding wire 6 Weld metal 7 Groove 8 Root gap
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