JP2018069258A - Laser welding method and laser welding equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザ溶接方法及びレーザ溶接装置に関する。 The present invention relates to a laser welding method and a laser welding apparatus.
レーザ溶接は、細いビームスポットの高エネルギ密度の熱源が、鋼板の重ね合わせ部に照射されることにより、複数の鋼板をスポット状に溶接することができる。レーザ溶接は、従来から車体接合等に多用されるスポット溶接と比較すると、非接触溶接であり、スポット溶接のようにスポットガンや治具とワークとの干渉を回避する干渉回避動作を必要としない。そのため、レーザ溶接は、効率的な溶接をすることができる。 In laser welding, a plurality of steel plates can be welded in a spot shape by irradiating a superposed portion of the steel plates with a high energy density heat source of a narrow beam spot. Laser welding is non-contact welding compared to spot welding that has been frequently used for car body joining and the like, and does not require an interference avoidance operation that avoids interference between the spot gun, jig, and workpiece, unlike spot welding. . Therefore, laser welding can perform efficient welding.
このようなレーザ溶接を用いて、２枚のメッキ鋼板を重ね合わせて、その重ね合わせ部分にレーザ光を照射することにより、鋼板材を溶接、結合させるレーザ溶接方法が知られている。このとき、メッキ材料が爆発的に気化し、生成されるガスによって溶融金属がスパッタされ、ブローホールやポロシティ等の溶接欠陥が発生することがあった。このため、溶接強度の低下や、スパッタによる品質劣化を引き起こすことがあった。 A laser welding method is known in which two plated steel plates are superposed using such laser welding, and the superposed portions are irradiated with laser light to weld and bond the steel plate materials. At this time, the plating material is vaporized explosively, and the molten metal is sputtered by the generated gas, which may cause welding defects such as blow holes and porosity. For this reason, a decrease in welding strength and quality deterioration due to sputtering may occur.
２つのメッキ鋼板の間に隙間を設け、生成されるガスを逃がす方法が考えられるが、この方法では、２つのメッキ鋼板の間隔を精密に制御する必要があり、鋼板表面にテクスチャを設ける等する必要があった。 A method of providing a gap between two plated steel plates to release the generated gas can be considered, but in this method, it is necessary to precisely control the distance between the two plated steel plates, and a texture is provided on the surface of the steel plate. There was a need.
鋼板を密着させた状態で接合するものとして、第１レーザ光を移動させながら重ね合わせ部に照射した後、第２レーザ光を移動させながら照射するレーザ溶接方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。第１レーザ光は、エネルギ密度が高く、狭い照射領域を有している。第２レーザ光は、第１レーザ光よりもエネルギ密度が低く、且つ、第１レーザ光よりも広い照射領域を有している。 As a method of joining in a state in which the steel plates are brought into close contact with each other, a laser welding method has been proposed in which the first laser beam is irradiated while irradiating the overlapping portion, and then the second laser beam is moved while moving (for example, a patent). Reference 1). The first laser light has a high energy density and a narrow irradiation area. The second laser light has an energy density lower than that of the first laser light and has a wider irradiation area than that of the first laser light.
提案されたレーザ溶接方法では、第１レーザ光を照射することにより、溶融した鋼板の一部又は全部が亜鉛蒸気の圧力によって吹き飛ばされるか、若しくはブローホールが形成される。これにより、溶接欠陥が形成される。これに対し、第２レーザ光を照射することにより、鋼板を溶融して溶接欠陥を除去している。 In the proposed laser welding method, by irradiating the first laser beam, a part or all of the molten steel sheet is blown away by the pressure of zinc vapor, or a blow hole is formed. Thereby, a welding defect is formed. In contrast, by irradiating the second laser beam, the steel sheet is melted to remove the welding defect.
しかしながら、一度溶接欠陥を形成した後に、溶接欠陥を除去しているため、溶接欠陥が除去し切れないことが考えられる。そこで、溶接欠陥を出来る限り形成せず溶接強度や品質の向上をすることができるのが好ましい。 However, since the welding defect is removed after forming the welding defect once, it is considered that the welding defect cannot be completely removed. Therefore, it is preferable that weld strength and quality can be improved without forming weld defects as much as possible.
本発明は、溶接欠陥を出来る限り形成せずに溶接強度や品質の向上をすることができるレーザ溶接方法及びレーザ溶接装置を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the laser welding method and laser welding apparatus which can improve welding strength and quality, without forming a welding defect as much as possible.
本発明は、環状に形成された環状レーザと前記環状レーザよりもエネルギ密度が高く、前記環状レーザの中心位置に配置された中心レーザとを備えるレーザ光を用い、高融点をもつ鋼板本体に低融点金属コーティングが施された鋼板を溶接するレーザ溶接方法であって、前記鋼板を密着させて重ね合わせる重ね合わせ工程と、重ね合わされた前記鋼板の所定位置に前記レーザ光を位置合わせする位置合わせ工程と、所定位置から前記レーザ光を走査することにより、前記鋼板同士を溶接する溶接工程と、を備えるレーザ溶接方法に関する。 The present invention uses a laser beam comprising an annular laser formed in an annular shape and a center laser having a higher energy density than the annular laser and disposed at the center position of the annular laser. A laser welding method for welding a steel sheet coated with a melting point metal coating, wherein the steel sheet is superposed and superposed, and an alignment process of aligning the laser beam at a predetermined position of the superposed steel sheet And a welding step of welding the steel plates together by scanning the laser beam from a predetermined position.
また、レーザ溶接方法は、前記位置合わせ工程の前に、前記レーザ光のエネルギ密度を変化させる密度変化工程を更に備え、密度変化工程は、前記環状レーザのエネルギ密度を変化させる環状レーザ密度変化工程と、前記中心レーザのエネルギ密度を変化させる中心レーザ密度変化工程と、を備えるのが好ましい。 The laser welding method further includes a density changing step for changing the energy density of the laser beam before the alignment step, and the density changing step is an annular laser density changing step for changing the energy density of the annular laser. And a center laser density changing step for changing the energy density of the center laser.
また、前記中心レーザは、前記環状レーザの内径よりも小さい径をもつのが好ましい。 The center laser preferably has a diameter smaller than the inner diameter of the annular laser.
また、本発明は、高融点をもつ鋼板本体に低融点金属コーティングが施された鋼板同士を密着させた状態でレーザ光を走査してレーザ溶接するレーザ溶接装置であって、前記レーザ光のエネルギ密度を設定する密度設定部と、前記密度設定部における設定に基づいて、前記鋼板に照射されるレーザ光を生成するレーザ光生成部と、を備え、前記レーザ光生成部は、環状に形成される環状レーザを生成する環状レーザ生成部と、前記環状レーザよりもエネルギ密度が高く、前記環状レーザの中心位置に配置された中心レーザを生成する中心レーザ生成部と、を備えるレーザ溶接装置に関する。 The present invention also provides a laser welding apparatus for performing laser welding by scanning a laser beam in a state in which the steel plates having a high melting point and low-melting point metal coatings are in close contact with each other. A density setting unit that sets a density; and a laser beam generation unit that generates a laser beam irradiated on the steel sheet based on the setting in the density setting unit, wherein the laser beam generation unit is formed in an annular shape. The present invention relates to a laser welding apparatus comprising: an annular laser generating unit that generates an annular laser; and a center laser generating unit that generates a center laser having an energy density higher than that of the annular laser and disposed at a center position of the annular laser.
また、前記中心レーザ生成部は、前記環状レーザ生成部によって生成される環状レーザよりも小さい径をもつ中心レーザを生成するのが好ましい。 The center laser generator preferably generates a center laser having a smaller diameter than the annular laser generated by the annular laser generator.
本発明によれば、溶接欠陥を出来る限り形成せずに溶接強度や品質の向上をすることができるレーザ溶接方法及びレーザ溶接装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the laser welding method and laser welding apparatus which can improve welding strength and quality, without forming a welding defect as much as possible can be provided.
以下、本発明に係るレーザ溶接装置及びレーザ溶接方法の一実施形態について、図１〜図７を参照して説明する。
本実施形態に係るレーザ溶接装置１は、レーザ光２０を鋼板１００Ａ，１００Ｂに照射することにより、２枚以上の鋼板１００Ａ，１００Ｂを溶接することに用いられる。ここで、溶接される鋼板１００Ａ，１００Ｂのそれぞれは、鉄やステンレス等の高融点をもつ鋼板本体１０１Ａ，１０１Ｂに、亜鉛やアルミニウム等の低融点金属コーティング（メッキ）１０２Ａ，１０２Ｂが施されて形成される。なお、「高融点」とは、低融点金属コーティング（メッキ）１０２Ａ，１０２Ｂの融点に比べて高い融点であることを意味し、「低融点」とは、鋼板本体１０１Ａ，１０１Ｂの融点に比べて低い融点であることを意味する。また、本実施形態に係るレーザ溶接装置１のレーザ光２０は、増幅媒質に光ファイバを使ったファイバレーザである。本実施形態に係るレーザ溶接装置１は、ファイバレーザで鋼板１００Ａ，１００Ｂを溶接するものである。
Hereinafter, an embodiment of a laser welding apparatus and a laser welding method according to the present invention will be described with reference to FIGS.
The laser welding apparatus 1 according to the present embodiment is used to weld two or more steel plates 100A and 100B by irradiating the steel plates 100A and 100B with a laser beam 20. Here, each of the steel plates 100A and 100B to be welded is formed by applying low melting point metal coatings (plating) 102A and 102B such as zinc or aluminum to the steel plate bodies 101A and 101B having a high melting point such as iron or stainless steel. Is done. The “high melting point” means that the melting point is higher than the melting points of the low melting point metal coatings (plating) 102A and 102B, and the “low melting point” means the melting point of the steel plate bodies 101A and 101B. It means a low melting point. Further, the laser beam 20 of the laser welding apparatus 1 according to the present embodiment is a fiber laser using an optical fiber as an amplification medium. The laser welding apparatus 1 according to the present embodiment welds the steel plates 100A and 100B with a fiber laser.
レーザ溶接装置１は、所定のエネルギ密度をもつレーザ光２０を鋼板１００Ａ，１００Ｂの溶接予定位置に照射することにより、密着させて重ね合わされた鋼板１００Ａ，１００Ｂの鋼板本体１０１Ａ，１０１Ｂ及び低融点金属コーティング（メッキ）１０２Ａ，１０２Ｂを溶融する。そして、レーザ溶接装置１は、重ね合わされた全ての鋼板１００Ａ，１００Ｂの鋼板本体１０１Ａ，１０１Ｂ及び低融点金属コーティング（メッキ）１０２Ａ，１０２Ｂを溶融することにより、全ての鋼板１００Ａ，１００Ｂを溶接する。このようなレーザ溶接装置１は、鋼板１００Ａの表面に沿ってレーザ光２０を走査することにより、重ね合わされた鋼板１００Ａ，１００Ｂを溶接することができる。本実施形態では、レーザ溶接装置１は、重ね合わされた２枚の鋼板１００Ａ，１００Ｂを溶接する例を説明する。 The laser welding apparatus 1 irradiates the laser beam 20 having a predetermined energy density to the welding positions of the steel plates 100A and 100B, thereby bringing the steel plate bodies 101A and 101B and low-melting point metals of the steel plates 100A and 100B stacked in close contact with each other. The coatings (plating) 102A and 102B are melted. Then, the laser welding apparatus 1 welds all the steel plates 100A and 100B by melting the steel plate bodies 101A and 101B and the low melting point metal coatings (plating) 102A and 102B of all the steel plates 100A and 100B that are superimposed. Such a laser welding apparatus 1 can weld the stacked steel plates 100A and 100B by scanning the laser beam 20 along the surface of the steel plate 100A. In the present embodiment, an example in which the laser welding apparatus 1 welds two stacked steel plates 100A and 100B will be described.
特に本実施形態に係るレーザ溶接装置１は、図１に示すように、環状レーザ２２と中心レーザ２１とを備えるレーザ光２０を発生させる装置である。環状レーザ２２は、環状に形成され、中心レーザ２１よりもエネルギ密度の低いレーザ光である。中心レーザ２１は、環状レーザ２２よりもエネルギ密度が高く、環状レーザ２２の中心位置に配置される。つまり、中心レーザ２１は、環状レーザ２２の内径よりも小さい径をもつ。特に、環状レーザ２２は、鋼板本体１０１Ａを溶融しない程度のエネルギ密度をもつことが好ましい。また、中心レーザ２１は、鋼板本体１０１Ａ，１０１Ｂを溶融可能な程度のエネルギ密度をもつことが好ましい。なお、エネルギ密度とは、単位面積当たりのエネルギ（強度）を意味する。 In particular, the laser welding apparatus 1 according to the present embodiment is an apparatus that generates a laser beam 20 including an annular laser 22 and a center laser 21 as shown in FIG. The annular laser 22 is a laser beam formed in an annular shape and having a lower energy density than the center laser 21. The center laser 21 has an energy density higher than that of the annular laser 22 and is arranged at the center position of the annular laser 22. That is, the center laser 21 has a smaller diameter than the inner diameter of the annular laser 22. In particular, the annular laser 22 preferably has an energy density that does not melt the steel plate body 101A. The center laser 21 preferably has an energy density that can melt the steel sheet main bodies 101A and 101B. The energy density means energy (intensity) per unit area.
以上のようなレーザ光２０によれば、レーザ光２０が鋼板１００Ａの表面に沿って走査されることにより、溶接予定位置には、環状レーザ２２、中心レーザ２１の順にレーザ光２０が照射される。まず、エネルギ密度の低い環状レーザ２２が溶接予定位置に照射されることにより、低融点金属コーティング（メッキ）１０２Ａ，１０２Ｂが加熱される。次に、エネルギ密度の高い中心レーザ２１が溶接予定位置に照射されることにより、重ね合わされた鋼板１００Ａ，１００Ｂの鋼板本体１０１Ａ，１０１Ｂ及び低融点金属コーティング（メッキ）１０２Ａ，１０２Ｂが溶融されて、鋼板１００Ａ，１００Ｂ同士が溶接される。 According to the laser beam 20 as described above, the laser beam 20 is scanned along the surface of the steel plate 100 </ b> A, so that the laser beam 20 is irradiated to the planned welding position in the order of the annular laser 22 and the center laser 21. . First, the annular laser 22 having a low energy density is irradiated to the planned welding position, whereby the low melting point metal coatings (plating) 102A and 102B are heated. Next, the center laser 21 having a high energy density is irradiated to the welding planned position, so that the steel plate bodies 101A and 101B and the low melting point metal coatings (plating) 102A and 102B of the superposed steel plates 100A and 100B are melted. The steel plates 100A and 100B are welded together.
このようなレーザ光２０を照射する光ファイバとしては、複数のファイバーオシレータが、コンバイナを介して１つのファイバーケーブルとしたものが用いられる。複数のファイバーオシレータのうちの一部によって形成されたレーザが環状レーザ２２となる。複数のファイバーオシレータの他のファイバーオシレータによって形成されたレーザが、中心レーザ２１となる。 As such an optical fiber for irradiating the laser beam 20, a plurality of fiber oscillators formed as one fiber cable via a combiner is used. A laser formed by a part of the plurality of fiber oscillators becomes the annular laser 22. A laser formed by another fiber oscillator of the plurality of fiber oscillators becomes the center laser 21.
レーザ溶接装置１は、図２に示すように、入力部１１と、密度設定部１２と、レーザ光生成部１３と、スイッチ部１４と、動作制御部１５と、を備える。本実施形態おいて、レーザ溶接装置１は、光ファイバの出力変更及び走査に供される。 As shown in FIG. 2, the laser welding apparatus 1 includes an input unit 11, a density setting unit 12, a laser light generation unit 13, a switch unit 14, and an operation control unit 15. In the present embodiment, the laser welding apparatus 1 is used for output change and scanning of an optical fiber.
入力部１１は、例えば、キーボードやマウス、タッチパネル等の入力インタフェースであり、レーザ光２０に対する制御情報が入力される。例えば、入力部１１は、環状レーザ２２の強度や焦点距離、中心レーザ２１の強度や焦点距離、レーザ光２０を走査するための座標情報等を制御情報として入力される。 The input unit 11 is an input interface such as a keyboard, a mouse, or a touch panel, for example, and receives control information for the laser light 20. For example, the input unit 11 receives the intensity and focal length of the annular laser 22, the intensity and focal length of the center laser 21, coordinate information for scanning the laser light 20, etc. as control information.
密度設定部１２は、環状レーザ密度設定部１２１と、中心レーザ密度設定部１２２と、を備える。密度設定部１２は、レーザ光２０のエネルギ密度を設定する。 The density setting unit 12 includes an annular laser density setting unit 121 and a center laser density setting unit 122. The density setting unit 12 sets the energy density of the laser light 20.
環状レーザ密度設定部１２１は、入力部１１に入力された制御情報に含まれる環状レーザ２２の強度及び焦点距離に基づいて、環状レーザ２２のレーザ密度を設定する。 The annular laser density setting unit 121 sets the laser density of the annular laser 22 based on the intensity and focal length of the annular laser 22 included in the control information input to the input unit 11.
中心レーザ密度設定部１２２は、入力部１１に入力された制御情報に含まれる中心レーザ２１の強度及び焦点距離に基づいて、中心レーザ２１のレーザ密度を設定する。特に、中心レーザ密度設定部１２２は、環状レーザ密度設定部１２１により設定された環状レーザ２２のエネルギ密度よりもエネルギ密度が大きくなるように、中心レーザ２１のエネルギ密度を設定する。なお、中心レーザ密度設定部１２２は、環状レーザ密度設定部１２１により設定されたエネルギ密度よりも、設定された中心レーザ２１のエネルギ密度が小さい場合に、警告手段（図示せず）により外部に警告してもよい。 The center laser density setting unit 122 sets the laser density of the center laser 21 based on the intensity and focal length of the center laser 21 included in the control information input to the input unit 11. In particular, the center laser density setting unit 122 sets the energy density of the center laser 21 so that the energy density is larger than the energy density of the annular laser 22 set by the annular laser density setting unit 121. The center laser density setting unit 122 warns the outside by warning means (not shown) when the energy density of the set center laser 21 is smaller than the energy density set by the annular laser density setting unit 121. May be.
レーザ光生成部１３は、環状レーザ生成部１３１と、中心レーザ生成部１３２と、を備える。レーザ光生成部１３は、密度設定部１２における設定に基づいて、鋼板１００Ａ，１００Ｂに照射されるレーザ光２０を生成する。レーザ光２０は、増幅媒質に光ファイバを使ったファイバレーザである。 The laser beam generator 13 includes an annular laser generator 131 and a center laser generator 132. The laser beam generation unit 13 generates the laser beam 20 that is irradiated to the steel plates 100A and 100B based on the setting in the density setting unit 12. The laser beam 20 is a fiber laser using an optical fiber as an amplification medium.
環状レーザ生成部１３１は、環状レーザ密度設定部１２１によって設定されたエネルギ密度となる環状レーザ２２を生成する。つまり、環状レーザ生成部１３１は、中心レーザ２１の周方向に沿って形成される環状レーザ２２を生成する。なお、環状レーザ生成部１３１は、増幅媒質に光ファイバを使って環状レーザ２２を生成する。 The annular laser generator 131 generates the annular laser 22 having the energy density set by the annular laser density setting unit 121. That is, the annular laser generator 131 generates the annular laser 22 formed along the circumferential direction of the center laser 21. The annular laser generator 131 generates the annular laser 22 using an optical fiber as an amplification medium.
中心レーザ生成部１３２は、中心レーザ密度設定部１２２によって設定されたエネルギ密度となる中心レーザ２１を生成する。つまり、中心レーザ生成部１３２は、環状レーザ２２の中心位置に形成される中心レーザ２１を生成する。なお、中心レーザ生成部１３２は、増幅媒質に光ファイバを使って中心レーザ２１を生成する。 The center laser generator 132 generates the center laser 21 having the energy density set by the center laser density setting unit 122. That is, the center laser generator 132 generates the center laser 21 formed at the center position of the annular laser 22. The center laser generator 132 generates the center laser 21 using an optical fiber as an amplification medium.
スイッチ部１４は、入力部１１及びレーザ光生成部１３に接続される。そして、スイッチ部１４は、入力部１１から入力される制御情報に含まれる、レーザ光２０のオンオフ情報にしたがって、環状レーザ生成部１３１及び中心レーザ生成部１３２をオンオフする。 The switch unit 14 is connected to the input unit 11 and the laser light generation unit 13. Then, the switch unit 14 turns on and off the annular laser generation unit 131 and the center laser generation unit 132 in accordance with the on / off information of the laser light 20 included in the control information input from the input unit 11.
動作制御部１５は、入力部１１と、光ファイバを実際に動作させる動作部（図示せず）に接続される。動作制御部１５は、制御情報に含まれる溶接予定位置の座標情報等にしたがって動作部（図示せず）を動作させ、光ファイバを溶接開始位置に移動させる。また、動作制御部１５は、座標情報等にしたがって、動作部（図示せず）を動作させて光ファイバを溶接予定位置に沿って操作する。 The operation control unit 15 is connected to the input unit 11 and an operation unit (not shown) that actually operates the optical fiber. The operation control unit 15 operates an operation unit (not shown) according to the coordinate information of the planned welding position included in the control information, and moves the optical fiber to the welding start position. Further, the operation control unit 15 operates an operation unit (not shown) according to the coordinate information and the like to operate the optical fiber along the planned welding position.
以上のようなレーザ溶接装置１によれば、入力部１１に制御情報を入力することにより、環状レーザ密度設定部１２１及び中心レーザ密度設定部１２２が、環状レーザ２２及び中心レーザ２１のそれぞれのエネルギ密度を個別に設定することができる。環状レーザ生成部１３１及び中心レーザ生成部１３２は、環状レーザ密度設定部１２１及び中心レーザ密度設定部１２２により設定されたエネルギ密度のレーザ光２０を、光ファイバを介して照射することができる。そして、スイッチ部１４及び動作制御部１５は、制御情報に基づいてレーザ光２０のオンオフ及び溶接予定位置に沿う走査を実行することができる。 According to the laser welding apparatus 1 as described above, when the control information is input to the input unit 11, the annular laser density setting unit 121 and the center laser density setting unit 122 have the respective energy of the annular laser 22 and the center laser 21. The density can be set individually. The annular laser generator 131 and the center laser generator 132 can irradiate the laser beam 20 having the energy density set by the annular laser density setting unit 121 and the center laser density setting unit 122 via an optical fiber. And the switch part 14 and the operation control part 15 can perform the scanning along the on-off of the laser beam 20, and the welding planned position based on control information.
次に、本実施形態に係るレーザ溶接方法について、図３のフローチャートを参照して説明する。
本実施形態に係るレーザ溶接方法は、重ね合わせ工程と、密度変化工程と、位置合わせ工程と、レーザ光生成工程と、溶接工程と、を備える。
Next, the laser welding method according to the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
The laser welding method according to the present embodiment includes an overlapping process, a density changing process, an alignment process, a laser light generation process, and a welding process.
まず、重ね合わせ工程において、溶接する２枚の鋼板１００Ａ，１００Ｂを密着させて重ね合わせる（ステップＳ１）。これにより、光ファイバから照射されるレーザ光２０によって、鋼板１００Ａ，１００Ｂを溶接予定位置で溶接可能になる。なお、溶接予定位置は、鋼板１００Ａの表面に沿って設けられる。 First, in the superposition process, the two steel plates 100A and 100B to be welded are brought into close contact with each other (step S1). Thereby, the steel plates 100A and 100B can be welded at the planned welding positions by the laser beam 20 irradiated from the optical fiber. Note that the planned welding position is provided along the surface of the steel plate 100A.
次に、密度変化工程において、レーザ光２０のエネルギ密度が設定される（ステップＳ２）。密度変化工程は、環状レーザ密度変化工程と、中心レーザ密度変化工程と、を備える。 Next, in the density changing step, the energy density of the laser beam 20 is set (step S2). The density changing process includes an annular laser density changing process and a center laser density changing process.
環状レーザ密度変化工程において、環状レーザ密度設定部１２１は、環状レーザ２２のエネルギ密度を変化させる。環状レーザ密度設定部１２１は、入力部１１に入力された制御情報に含まれる環状レーザ２２の強度及び焦点距離に基づいて、環状レーザ２２のエネルギ密度を設定する。 In the annular laser density changing step, the annular laser density setting unit 121 changes the energy density of the annular laser 22. The annular laser density setting unit 121 sets the energy density of the annular laser 22 based on the intensity and focal length of the annular laser 22 included in the control information input to the input unit 11.
中心レーザ密度変化工程において、中心レーザ密度設定部１２２は、中心レーザ２１のエネルギ密度を変化させる。中心レーザ密度設定部１２２は、入力部１１に入力された制御情報に含まれる中心レーザ２１の強度及び焦点距離に基づいて、中心レーザ２１のエネルギ密度を設定する。 In the center laser density changing step, the center laser density setting unit 122 changes the energy density of the center laser 21. The center laser density setting unit 122 sets the energy density of the center laser 21 based on the intensity and focal length of the center laser 21 included in the control information input to the input unit 11.
次に、位置合わせ工程において、動作制御部１５は、レーザ光２０の照射位置を重ね合わされた鋼板１００Ａ，１００Ｂの所定位置に位置合わせする（ステップＳ３）。具体的には、位置合わせ工程において、動作制御部１５は、レーザ光２０の照射位置を溶接開始位置に位置合わせする。 Next, in the alignment process, the operation control unit 15 aligns the irradiation position of the laser beam 20 with a predetermined position of the overlapped steel plates 100A and 100B (step S3). Specifically, in the alignment step, the operation control unit 15 aligns the irradiation position of the laser beam 20 with the welding start position.
次に、レーザ光生成工程において、環状レーザ生成部１３１及び中心レーザ生成部１３２が、レーザ光２０として、環状レーザ２２及び中心レーザ２１を生成する（ステップＳ４）。具体的には、レーザ光生成工程において、スイッチ部１４が入力部１１に入力された制御情報に基づいてオンになることにより、環状レーザ生成部１３１及び中心レーザ生成部１３２が環状レーザ２２及び中心レーザ２１を生成する。これにより、環状レーザ生成部１３１及び中心レーザ生成部１３２は、光ファイバを介して、環状レーザ２２及び中心レーザ２１を溶接開始位置に照射する。 Next, in the laser beam generation step, the ring laser generator 131 and the center laser generator 132 generate the ring laser 22 and the center laser 21 as the laser beam 20 (step S4). Specifically, in the laser light generation step, the switch unit 14 is turned on based on the control information input to the input unit 11, so that the annular laser generation unit 131 and the center laser generation unit 132 are connected to the annular laser 22 and the center laser. A laser 21 is generated. Thereby, the annular laser generator 131 and the center laser generator 132 irradiate the welding start position with the annular laser 22 and the center laser 21 via the optical fiber.
次に、溶接工程において、動作制御部１５は、所定位置からレーザ光２０を走査することにより、鋼板１００Ａ，１００Ｂ同士を溶接する（ステップＳ５）。動作制御部１５は、制御情報に含まれる溶接予定位置の座標情報にしたがって光ファイバの照射位置を走査することにより、鋼板１００Ａ，１００Ｂ同士を溶接する。溶接工程において、動作制御部１５が、レーザ光２０を走査することにより、レーザ光２０は、鋼板１００Ａ，１００Ｂの溶接予定位置に含まれるうちの一点から見て、環状レーザ２２及び中心レーザ２１を順に照射する。これにより、環状レーザ２２が低融点金属コーティング（メッキ）１０２Ａ，１０２Ｂを加熱した後、中心レーザ２１が鋼板本体１０１Ａ，１０１Ｂ及び低融点金属コーティング（メッキ）１０２Ａ，１０２Ｂを溶融して、鋼板１００Ａ，１００Ｂ同士を溶接する。溶接工程において、動作制御部１５は、溶接終了位置までレーザ光２０を走査する（ステップＳ６ ＮＯ）。 Next, in the welding process, the operation control unit 15 welds the steel plates 100A and 100B by scanning the laser beam 20 from a predetermined position (step S5). The operation control unit 15 welds the steel plates 100A and 100B by scanning the irradiation position of the optical fiber according to the coordinate information of the planned welding position included in the control information. In the welding process, the operation control unit 15 scans the laser beam 20 so that the laser beam 20 causes the annular laser 22 and the central laser 21 to be viewed from one point included in the planned welding positions of the steel plates 100A and 100B. Irradiate sequentially. Thus, after the annular laser 22 heats the low melting point metal coatings (plating) 102A and 102B, the center laser 21 melts the steel plate bodies 101A and 101B and the low melting point metal coatings (plating) 102A and 102B, and the steel plates 100A, Weld 100Bs together. In the welding process, the operation control unit 15 scans the laser beam 20 up to the welding end position (NO in step S6).
溶接工程において、動作制御部１５が、溶接終了位置までレーザ光２０を走査すると（ステップＳ６ ＹＥＳ）、スイッチ部１４は、制御情報に基づいて、環状レーザ生成部１３１及び中心レーザ生成部１３２によるレーザ光２０の生成を停止する（ステップＳ７）。これにより、鋼板１００Ａ，１００Ｂ同士は、レーザ光２０を用いて溶接される。 In the welding process, when the operation control unit 15 scans the laser beam 20 up to the welding end position (YES in step S6), the switch unit 14 performs laser processing by the annular laser generation unit 131 and the center laser generation unit 132 based on the control information. The generation of the light 20 is stopped (step S7). Thereby, the steel plates 100A and 100B are welded together using the laser beam 20.
[実施例]
次に、本実施形態に係るレーザ溶接装置１及びレーザ溶接方法を用いた実施例について説明する。
本実施形態に係るレーザ溶接装置１では、１ＫＷの強度の中心レーザ２１と、４ＫＷの強度の環状レーザ２２をもつレーザ光２０を重ね合わされた２枚の鋼板１００Ａ，１００Ｂに照射した。また、レーザ光２０の走査速度を６ｍ／ｍｉｎとした。溶接する鋼板１００Ａ，１００Ｂとして、鉄を材料とする鋼板本体１０１Ａ，１０１Ｂに、亜鉛を材料とする低融点金属コーティング（メッキ）１０２Ａ，１０２Ｂを形成したものを用いた。そして、鋼板１００Ａ，１００Ｂのそれぞれを、０．８０ｍｍ厚で形成した。その結果、溶接部分は、図４に示すような平面となり、図５に示すような断面となった。溶接部分の幅は、１．１３ｍｍであった。なお、環状レーザ２２の強度は、中心レーザ２１の強度よりも大きいが、環状レーザ２２の面積が、中心レーザ２１の面積よりも広い。そのため、環状レーザ２２のエネルギ密度は、中心レーザ２１のエネルギ密度よりも低くなる。
[Example]
Next, examples using the laser welding apparatus 1 and the laser welding method according to the present embodiment will be described.
In the laser welding apparatus 1 according to the present embodiment, the two steel plates 100A and 100B which are superposed with the laser beam 20 having the center laser 21 having an intensity of 1 KW and the annular laser 22 having an intensity of 4 KW are irradiated. The scanning speed of the laser beam 20 was 6 m / min. As the steel plates 100A and 100B to be welded, steel plate bodies 101A and 101B made of iron and low melting point metal coatings (plating) 102A and 102B made of zinc were used. And each of steel plate 100A, 100B was formed by 0.80 mm thickness. As a result, the welded portion was a flat surface as shown in FIG. 4 and a cross section as shown in FIG. The width of the welded part was 1.13 mm. The intensity of the annular laser 22 is larger than the intensity of the center laser 21, but the area of the annular laser 22 is wider than the area of the center laser 21. Therefore, the energy density of the annular laser 22 is lower than the energy density of the center laser 21.
これに対し、比較対象として、中心レーザのみからなるレーザ光を重ね合わされた２枚の鋼板１００Ａ，１００Ｂに照射した。レーザ光として、４ＫＷの強度のレーザ光を用いた。また、レーザ光の走査速度を８ｍ／ｍｉｎとした。鋼板本体１０１Ａ，１０１Ｂの材料と、低融点金属コーティング（メッキ）１０２Ａ，１０２Ｂの材料と、鋼板１００Ａ，１００Ｂの厚さとは、上記鋼板１００Ａ，１００Ｂと同じものとした。その結果、溶接部分は、図６に示すような平面となり、図７に示すような断面となった。溶接部分には、１．３４ｍｍの溶接欠陥が形成された。以上のように、中心レーザのみからなるレーザ光を溶接予定位置に照射する場合に比べ、品質を向上できることがわかった。 On the other hand, as a comparison object, two steel plates 100A and 100B which are superposed with laser light consisting only of the center laser were irradiated. A laser beam having an intensity of 4 KW was used as the laser beam. The scanning speed of the laser beam was 8 m / min. The material of the steel plate bodies 101A and 101B, the material of the low melting point metal coating (plating) 102A and 102B, and the thickness of the steel plates 100A and 100B were the same as those of the steel plates 100A and 100B. As a result, the welded portion became a plane as shown in FIG. 6 and a cross section as shown in FIG. A weld defect of 1.34 mm was formed in the welded portion. As described above, it has been found that the quality can be improved as compared with the case where the laser beam consisting of only the center laser is irradiated to the planned welding position.
以上説明した一実施形態のレーザ溶接装置１及びレーザ溶接方法によれば、以下のような効果を奏する。
（１）高融点をもつ鋼板本体１０１Ａ，１０１Ｂに低融点金属コーティング（メッキ）１０２Ａ，１０２Ｂが施された鋼板１００Ａ，１００Ｂを溶接するレーザ溶接方法を、鋼板１００Ａ，１００Ｂを密着させて重ね合わせる重ね合わせ工程と、重ね合わされた鋼板１００Ａ，１００Ｂの所定位置にレーザ光２０を位置合わせする位置合わせ工程と、所定位置からレーザ光２０を走査することにより、鋼板１００Ａ，１００Ｂ同士を溶接する溶接工程と、によって構成した。また、レーザ光２０を、環状に形成された環状レーザ２２と環状レーザ２２よりもエネルギ密度が高く、環状レーザ２２の中心位置に配置された中心レーザ２１とを備えるレーザ光２０により構成した。これにより、溶接工程において、環状レーザ２２によって低融点金属コーティング（メッキ）１０２Ａ，１０２Ｂに熱を加えた後に、より強いエネルギ密度をもつ中心レーザ２１を用いて溶接するので、低融点金属コーティング（メッキ）１０２Ａ，１０２Ｂのスパッタを防止することができる。これにより、ブローホールやポロシティ等の発生を防止することができ、溶接強度や品質の向上をすることができる。
According to the laser welding apparatus 1 and the laser welding method of the embodiment described above, the following effects can be obtained.
(1) A laser welding method of welding steel plates 100A and 100B, on which low melting point metal coatings (plating) 102A and 102B are applied to steel plate bodies 101A and 101B having a high melting point, and overlapping the steel plates 100A and 100B in close contact with each other. An alignment step, an alignment step of aligning the laser beam 20 at a predetermined position of the stacked steel plates 100A and 100B, and a welding step of welding the steel plates 100A and 100B by scanning the laser beam 20 from the predetermined position. Consists of. In addition, the laser beam 20 is configured by a laser beam 20 including an annular laser 22 formed in an annular shape and a center laser 21 having a higher energy density than the annular laser 22 and disposed at the center position of the annular laser 22. Thus, in the welding process, the low-melting point metal coating (plating) 102A, 102B is heated by the annular laser 22 and then welded using the center laser 21 having a stronger energy density. ) Sputtering of 102A and 102B can be prevented. Thereby, generation | occurrence | production of a blow hole, a porosity, etc. can be prevented, and welding strength and quality can be improved.
（２）レーザ溶接方法を更に、位置合わせ工程の前に、レーザ光２０のエネルギ密度を変化させる密度変化工程によって構成した。そして、密度変化工程を、環状レーザ２２のエネルギ密度を変化させる環状レーザ密度変化工程と、中心レーザ２１のエネルギ密度を変化させる中心レーザ密度変化工程と、により構成した。これにより、環状レーザ２２及び中心レーザ２１のエネルギ密度を独立且つ柔軟に変化させることができるので、鋼材に合わせて柔軟なエネルギ密度をもつレーザ光２０を提供することができる。これにより、鋼材の種類に依らず、汎用性の高いレーザ溶接方法を提供することができる。 (2) The laser welding method is further configured by a density changing process for changing the energy density of the laser beam 20 before the positioning process. The density changing step is configured by an annular laser density changing step for changing the energy density of the annular laser 22 and a center laser density changing step for changing the energy density of the center laser 21. Thereby, since the energy density of the annular laser 22 and the center laser 21 can be changed independently and flexibly, the laser beam 20 having a flexible energy density according to the steel material can be provided. Thereby, the laser welding method with high versatility can be provided regardless of the type of the steel material.
（３）中心レーザ２１を、環状レーザ２２の内径よりも小さい径をもつように構成した。これにより、中心レーザ２１及び環状レーザ２２の間に隙間を設けることができ、環状レーザ２２を用いて溶接予定位置を照射し、溶接予定位置の低融点金属コーティングの全体が十分に余熱された状態を保ちながら、より強いエネルギ密度の中心レーザ２１を照射する。したがって、低融点金属コーティング（メッキ）１０２Ａ，１０２Ｂがスパッタされることを防止でき、溶接強度や品質をより向上させることができる。 (3) The center laser 21 is configured to have a diameter smaller than the inner diameter of the annular laser 22. As a result, a gap can be provided between the center laser 21 and the annular laser 22, and the welding target position is irradiated using the annular laser 22, and the entire low melting point metal coating at the welding planned position is sufficiently preheated. The central laser 21 having a higher energy density is irradiated while maintaining the above. Therefore, the low melting point metal coating (plating) 102A, 102B can be prevented from being sputtered, and the welding strength and quality can be further improved.
（４）高融点をもつ鋼板本体１０１Ａ，１０１Ｂに低融点金属コーティング（メッキ）１０２Ａ，１０２Ｂが施された鋼板１００Ａ，１００Ｂ同士を密着させた状態でレーザ光を走査してレーザ溶接するレーザ溶接装置１を、レーザ光２０のエネルギ密度を設定する密度設定部１２と、密度設定部１２における設定に基づいて、鋼板１００Ａ，１００Ｂに照射されるレーザ光２０を生成するレーザ光生成部１３と、により構成した。そして、レーザ光生成部１３を、環状に形成される環状レーザ２２を生成する環状レーザ生成部１３１と、環状レーザ２２よりもエネルギ密度が高く、環状レーザ２２の中心位置に配置された中心レーザ２１を生成する中心レーザ生成部１３２と、により構成した。これにより、レーザ光生成部１３は、密度設定部１２によって設定されたエネルギ密度をもつ環状レーザ２２及び中心レーザ２１を生成することができる。したがって、環状レーザが照射された低融点金属コーティング（メッキ）１０２Ａ，１０２Ｂに対して、よりエネルギ密度の高い中心レーザ２１を照射することができる。したがって、低融点金属コーティング（メッキ）１０２Ａ，１０２Ｂのスパッタを防止することができ、ブローホールやポロシティ等の発生を防止することができるので、溶接強度や品質の向上をすることができる。 (4) A laser welding apparatus that performs laser welding by scanning a laser beam in a state in which the steel plates 100A and 100B having low melting point metal coating (plating) 102A and 102B are in close contact with the steel plate bodies 101A and 101B having a high melting point. 1 is set by a density setting unit 12 that sets the energy density of the laser beam 20 and a laser beam generation unit 13 that generates the laser beam 20 irradiated to the steel plates 100A and 100B based on the setting in the density setting unit 12. Configured. The laser beam generator 13 includes an annular laser generator 131 that generates an annular laser 22 formed in an annular shape, and a center laser 21 that has an energy density higher than that of the annular laser 22 and is disposed at the center position of the annular laser 22. And a central laser generator 132 for generating Thereby, the laser beam generator 13 can generate the annular laser 22 and the center laser 21 having the energy density set by the density setting unit 12. Therefore, it is possible to irradiate the center laser 21 having a higher energy density to the low melting point metal coatings (plating) 102A and 102B irradiated with the annular laser. Therefore, sputtering of the low melting point metal coatings (plating) 102A and 102B can be prevented and the occurrence of blow holes and porosity can be prevented, so that the welding strength and quality can be improved.
（５）中心レーザ生成部１３２が、環状レーザ生成部１３１によって生成される環状レーザ２２よりも小さい径をもつ中心レーザ２１を生成するように構成した。これにより、中心レーザ２１及び環状レーザ２２の間に隙間を設けることができ、環状レーザ２２を用いて溶接予定位置を照射した後、溶接予定位置の低融点金属コーティング（メッキ）１０２Ａ，１０２Ｂの全体が十分に余熱された状態で同時に、より強いエネルギ密度の中心レーザ２１を照射する。したがって、低融点金属コーティング（メッキ）１０２Ａ，１０２Ｂがスパッタされることを防止でき、溶接強度や品質をより向上させることができる。 (5) The center laser generator 132 is configured to generate the center laser 21 having a smaller diameter than the annular laser 22 generated by the annular laser generator 131. Thereby, a gap can be provided between the center laser 21 and the annular laser 22, and after irradiation of the planned welding position using the annular laser 22, the entire low melting point metal coating (plating) 102 </ b> A, 102 </ b> B at the planned welding position is provided. Are irradiated with the central laser 21 having a stronger energy density at the same time in a sufficiently preheated state. Therefore, the low melting point metal coating (plating) 102A, 102B can be prevented from being sputtered, and the welding strength and quality can be further improved.
以上、本発明のレーザ溶接装置及びレーザ溶接方法の好ましい一実施形態につき説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。 The preferred embodiments of the laser welding apparatus and the laser welding method of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be modified as appropriate.
例えば、上記実施形態において、２枚の鋼板１００Ａ，１００Ｂを溶接する場合について説明したが、これに限定されない。例えば、３枚以上の鋼板を密接に重ね合わせて溶接することもできる。 For example, although the case where the two steel plates 100A and 100B are welded has been described in the above embodiment, the present invention is not limited to this. For example, three or more steel plates can be closely overlapped and welded.
また、上記実施形態において、環状レーザ密度設定部１２１及び中心レーザ密度設定部１２２のそれぞれが環状レーザ２２及び中心レーザ２１の強度及び焦点距離を設定するとしたが、これに限定されない。例えば、環状レーザ密度設定部１２１及び中心レーザ密度設定部１２２のそれぞれは、環状レーザ２２及び中心レーザ２１の強度のみを設定することとしてもよい。そして、別途、レーザ溶接装置１は、焦点設定部（図示せず）を更に備えてもよい。焦点設定部（図示せず）は、レーザ光生成部１３によって生成されたレーザ光２０の焦点を設定（変更）してもよい。 In the above embodiment, each of the annular laser density setting unit 121 and the center laser density setting unit 122 sets the intensity and focal length of the annular laser 22 and the center laser 21, but the present invention is not limited to this. For example, each of the annular laser density setting unit 121 and the center laser density setting unit 122 may set only the intensities of the annular laser 22 and the center laser 21. In addition, the laser welding apparatus 1 may further include a focus setting unit (not shown). The focus setting unit (not shown) may set (change) the focus of the laser light 20 generated by the laser light generation unit 13.
また、上記実施形態において、低融点金属コーティング（メッキ）１０２Ａ，１０２Ｂは、鋼板本体に低融点金属をコーティングした低融点金属コーティングであってもよい。例えば、低融点金属コーティングとして、鋼板本体１０１Ａ，１０１Ｂにアルミニウム等の金属を蒸着したものが考えられる。
また、上記実施形態では、ファイバレーザであるレーザ光２０が用いられていたが、これに限定されない。レーザ光２０はＹＡＧレーザ等の増幅媒質に結晶を用いたレーザであってもよい。すなわち、レーザ溶接装置１は、増幅媒質に結晶を用いたレーザ（ＹＡＧレーザ等）で鋼板１００Ａ，１００Ｂを溶接するものであってもよい。
In the above embodiment, the low melting point metal coating (plating) 102A, 102B may be a low melting point metal coating in which a low melting point metal is coated on the steel plate body. For example, as the low melting point metal coating, a metal plate such as aluminum deposited on the steel plate bodies 101A and 101B can be considered.
Moreover, in the said embodiment, although the laser beam 20 which is a fiber laser was used, it is not limited to this. The laser beam 20 may be a laser using a crystal as an amplification medium such as a YAG laser. That is, the laser welding apparatus 1 may weld the steel plates 100A and 100B with a laser (such as a YAG laser) using a crystal as an amplification medium.
１ レーザ溶接装置
１２ 密度設定部
１３ レーザ光生成部
２０ レーザ光
２１ 中心レーザ
２２ 環状レーザ
１００Ａ，１００Ｂ 鋼板
１０１Ａ，１０１Ｂ 鋼板本体
１０２Ａ，１０２Ｂ 低融点金属コーティング
１３１ 環状レーザ生成部
１３２ 中心レーザ生成部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser welding apparatus 12 Density setting part 13 Laser beam production | generation part 20 Laser beam 21 Center laser 22 Annular laser 100A, 100B Steel plate 101A, 101B Steel plate main body 102A, 102B Low melting metal coating 131 Annular laser production part 132 Central laser production part
Claims (5)
前記鋼板を密着させて重ね合わせる重ね合わせ工程と、
重ね合わされた前記鋼板の所定位置に前記レーザ光を位置合わせする位置合わせ工程と、
所定位置から前記レーザ光を走査することにより、前記鋼板同士を溶接する溶接工程と、
を備えるレーザ溶接方法。 A low melting point metal coating is formed on a steel plate body having a high melting point by using a laser beam including an annular laser formed in an annular shape and a center laser having a higher energy density than the annular laser and disposed at the center position of the annular laser. A laser welding method for welding a given steel plate,
An overlaying step of bringing the steel plates into close contact with each other;
An alignment step of aligning the laser beam at a predetermined position of the superposed steel plates;
A welding step of welding the steel plates together by scanning the laser beam from a predetermined position;
A laser welding method comprising:
密度変化工程は、
前記環状レーザのエネルギ密度を変化させる環状レーザ密度変化工程と、
前記中心レーザのエネルギ密度を変化させる中心レーザ密度変化工程と、
を備える請求項１に記載のレーザ溶接方法。 Before the alignment step, further comprising a density changing step of changing the energy density of the laser beam,
The density change process
An annular laser density changing step for changing the energy density of the annular laser;
A center laser density changing step for changing the energy density of the center laser;
A laser welding method according to claim 1.
前記レーザ光のエネルギ密度を設定する密度設定部と、
前記密度設定部における設定に基づいて、前記鋼板に照射されるレーザ光を生成するレーザ光生成部と、
を備え、
前記レーザ光生成部は、
環状に形成される環状レーザを生成する環状レーザ生成部と、
前記環状レーザよりもエネルギ密度が高く、前記環状レーザの中心位置に配置された中心レーザを生成する中心レーザ生成部と、
を備えるレーザ溶接装置。 A laser welding apparatus that performs laser welding by scanning a laser beam in a state in which steel plates with a low melting point metal coating applied to a steel plate body having a high melting point are in close contact with each other,
A density setting unit for setting the energy density of the laser beam;
Based on the setting in the density setting unit, a laser beam generation unit that generates a laser beam irradiated on the steel plate,
With
The laser beam generator is
An annular laser generator for generating an annular laser formed in an annular shape;
A center laser generator that generates a center laser that has a higher energy density than the annular laser and is disposed at the center position of the annular laser;
A laser welding apparatus comprising:
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|---|---|---|---|---|
| JP2019051535A (en) * | 2017-09-14 | 2019-04-04 | フタバ産業株式会社 | Laser welding device, and component manufacturing method |
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2016
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